JP4956964B2 - Robot hand gripping control device - Google Patents

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Description

本発明は、関節を介して接続された複数のリンク部材を備える指部材を複数有するロボットハンドの把持制御を行うロボットハンドの把持制御装置に関する。   The present invention relates to a robot hand grip control device that performs grip control of a robot hand having a plurality of finger members each including a plurality of link members connected via joints.

ロボットハンドを用いた物体の把持についての先行技術として、従来、特開2003−245883号公報に開示されたロボットの制御方法がある。このロボットの制御方法は、ロボットハンドを用いて物体の把持を行う際に、非接触時には各関節を所定速度で強く握り締め、指リンクが物体に接触した際には、接触した指リンクの根元側リンクに作用する接触力が目標接触力となるように力制御するというものである。   As a prior art for gripping an object using a robot hand, there is a robot control method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-245883. In this robot control method, when gripping an object using a robot hand, each joint is strongly squeezed at a predetermined speed when not in contact, and when the finger link contacts the object, the base side of the contacted finger link The force is controlled so that the contact force acting on the link becomes the target contact force.

また、他の先行技術として、特開2003−94367号公報に開示された手先視覚付ロボットハンドがある。この手先視覚付ロボットハンドは、撮像したワークの形状および位置からワークを把持するための把持位置データを生成し、この把持位置データに基づいて、ロボットハンドの把持位置を変更し、ロボットハンドが自律して最適な把持位置でワークを把持可能としたというものである。
特開2003−245883号公報 特開2003−94367号公報
As another prior art, there is a robot hand with hand vision disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-94367. The robot hand with hand vision generates gripping position data for gripping the workpiece from the shape and position of the captured workpiece, changes the gripping position of the robot hand based on the gripping position data, and makes the robot hand autonomous Thus, the workpiece can be gripped at the optimum gripping position.
JP 2003-245883 A JP 2003-94367 A

しかし、上記特許文献1に開示されたロボットの制御方法では、把持姿勢の予測をすることなく物体を把持している。このため、指リンクの位置によっては物体と指リンクとの接触点が少なくなってしまい、不安定な状態での把持となるおそれがある。また、接触力を用いているため、軽い物体や不安定な物体では先に物体に接触した指リンクが物体を動かしたり、倒したり、損傷したりするおそれがあった。   However, the robot control method disclosed in Patent Document 1 grips an object without predicting the gripping posture. For this reason, depending on the position of the finger link, the number of contact points between the object and the finger link may be reduced, and gripping may occur in an unstable state. In addition, since the contact force is used, there is a possibility that the finger link that has previously contacted the object may move, defeat, or damage the light object or the unstable object.

また、上記特許文献2に開示された手先視覚付ロボットハンドは、撮像したワークの形状および位置に基づいてロボットハンドの把持位置を決定してワークを把持するものである。ところが、ロボットハンドによってワークを把持するための具体的な方法については開示されておらず、確実にワークを把持することができるとは言えないものであった。   Further, the robot hand with hand vision disclosed in Patent Document 2 determines a gripping position of the robot hand based on the captured shape and position of the workpiece and grips the workpiece. However, a specific method for gripping the workpiece by the robot hand has not been disclosed, and it cannot be said that the workpiece can be reliably gripped.

さらに、ワークが大きすぎたり、逆に小さすぎたりする場合には、指リンクと接触点が少なくなってしまうことが多く、不安定な状態での把持となるおそれがさらに大きくなるという問題があった。   Furthermore, if the work is too large or conversely too small, there are often fewer finger links and contact points, which increases the possibility of gripping in an unstable state. It was.

そこで、本発明の課題は、指部材によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、物体を確実に把持することができるロボットハンドの把持制御装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a grip control device for a robot hand that can reliably grip an object with a low risk of falling or damaging the object by a finger member.

上記課題を解決した本発明に係るロボットハンドの把持制御装置は、節を介して接続された複数のリンク部材を備える指部材と、指部材が取り付けられた掌部材と、を有するハンド部材における指部材の各関節の角度を制御して、把持対象物体を把持するロボットハンドの把持制御装置において、掌部材における一面側で掌部材を挟んで指部材に対向する位置に親指部材が配設され、ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、把持対象物体のサイズを認識する物体サイズ認識手段と、認識した把持対象物体の形状に基づいて、把持対象物体に指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、各関節を制御することにより、指部材を把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、を備え、把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、モデル形状に対応する把持計算方法と、把持対象物体のモデルサイズに対応する把持形式と、モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めたモデル形状と掌部材および指部材との接触条件と、を記憶しており、認識した把持対象物体の形状に対して複数のモデル形状のいずれかを割り当て、記憶している把持計算方法の中から、把持対象部材に割り当てられたモデル形状に基づいて、ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、記憶している把持形式の中から、認識した把持対象物体のサイズに応じて把持形式を選択し、記憶している接触条件のうち、選択された把持形式で把持対象物体を把持する際に、把持対象物体に割り当てられたモデル形状と掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢を選択された把持計算方法によって算出する際、把持対象物体と、親指部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、モデル形状と、指部材および親指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢がないと判断された場合、モデル形状と、掌部材および指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢を算出し、指部材および親指部材によって把持対象部材に割り当てられたモデル形状を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、一対のハンド部材とモデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出するものである。 A gripping control device for a robot hand according to the present invention that solves the above-described problems is a finger in a hand member having a finger member having a plurality of link members connected via nodes and a palm member to which the finger member is attached. In a grip control device of a robot hand that grips an object to be gripped by controlling the angle of each joint of the member, a thumb member is disposed at a position facing the finger member with the palm member sandwiched on one side of the palm member, A pair of hand members are arranged as hand members, and an object shape recognition unit that recognizes the shape of the gripping target object, an object size recognition unit that recognizes the size of the gripping target object, and the shape of the recognized gripping target object Based on the above, a joint angle when a plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object is obtained, and the gripping posture of the finger member is calculated according to the obtained joint angle A force calculating means and a joint angle control means for controlling the respective joints so that the finger member is in a posture obtained by the gripping posture calculating means. The gripping posture calculating means includes a plurality of predefined model shapes and A grip calculation method corresponding to the model shape, a grip format corresponding to the model size of the object to be gripped, and a contact condition between the model shape determined from the constraint condition of the robot hand with respect to the model shape and the palm member and the finger member. One of a plurality of model shapes is assigned to the shape of the grasped and recognized gripping target object, and the robot is selected based on the model shape assigned to the gripping target member from the stored gripping calculation methods. Select the grip calculation method for gripping the object with the hand, and select the gripping format from the stored gripping formats according to the size of the recognized gripping target object. Among the stored contact conditions, when gripping the gripping target object in the selected gripping format, the gripping posture satisfying the contact condition between the model shape assigned to the gripping target object and the palm member and the finger member is selected. When calculating by the grip calculation method, the grip posture satisfying the contact condition between the grip target object and the thumb member and the finger member is calculated, and the grip posture satisfying the contact condition between the model shape and the finger member and the thumb member is calculated. If it is determined that the gripping posture satisfying the contact condition between the model shape and the palm member and the finger member is calculated, the range covering the model shape assigned to the gripping target member by the finger member and the thumb member is a predetermined range. When it is smaller, the gripping posture that satisfies the contact condition between the pair of hand members and the model shape is calculated .

本発明に係るロボットハンドの把持制御装置においては、把持対象物体の形状に対して複数のモデル形状のいずれかを割り当て、割り当てたモデル形状と、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出している。このため、たとえば把持対象物体の大きさに応じて、掌部材と指部材とに接触させて把持対象物体を把持するか、あるいは指部材だけで把持対象物体を把持するかを判断することができる。したがって、指部材によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、把持対象物体を確実に把持することができる。   In the grip control device for a robot hand according to the present invention, any one of a plurality of model shapes is assigned to the shape of the object to be gripped, and a grip posture satisfying a contact condition between the assigned model shape and the palm member and the finger member Is calculated. Therefore, for example, according to the size of the gripping target object, it can be determined whether the gripping target object is gripped by contacting the palm member and the finger member, or whether the gripping target object is gripped only by the finger member. . Therefore, there is a low risk of the object being brought down or damaged by the finger member, and the object to be grasped can be reliably grasped.

なお、本発明にいう「モデル形状」としては、直方体、円柱、球などの形状やコップの取っ手などとして用いられるリング形状などを例示することができる。さらには、これらの形状のほか、ロボットが把持する可能性を有する物体の形状をおおまかに分類したものとすることができる。   Examples of the “model shape” in the present invention include a rectangular shape, a cylinder, a sphere shape, a ring shape used as a cup handle, and the like. Furthermore, in addition to these shapes, the shapes of objects that can be gripped by the robot can be roughly classified.

把持対象物体を割り当てたモデル形状が大きい場合には、このモデル形状と掌部材および指部材とは接触条件を満たす把持姿勢が存在するが、モデル形状が小さい場合には、接触条件を満たす把持姿勢が存在しないことになる。本発明では、この場合には、モデル形状と指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、把持対象物体を指部材のみで把持させるようにすることができる。したがって、さらに確実に把持対象物体を把持することができる。   When the model shape to which the gripping target object is assigned is large, there is a gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the palm member and the finger member, but when the model shape is small, the gripping posture that satisfies the contact condition is satisfied. Will not exist. In this case, according to the present invention, it is possible to calculate a gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the finger member, and to grip the gripping target object only with the finger member. Therefore, the object to be grasped can be grasped more reliably.

把持対象物体を割り当てたモデル形状がある程度大きい場合、把持対象物体は指部材と親指部材とによって把持することができるが、モデル形状が小さい場合、指部材と親指部材とでは把持対象物体を把持することができない。この場合に、モデル形状と掌部材および指部材との接触条件を求めることにより、把持対象物体をより確実に把持することができる。   When the model shape to which the gripping target object is allocated is somewhat large, the gripping target object can be gripped by the finger member and the thumb member, but when the model shape is small, the finger member and the thumb member grip the gripping target object. I can't. In this case, the object to be grasped can be more reliably grasped by obtaining the contact conditions between the model shape and the palm member and the finger member.

さらに、ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、把持姿勢算出手段は、指部材および親指部材によって把持対象部材を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、一対のハンド部材とモデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出する態様とすることもできる。   Further, a pair of hand members are disposed as the hand members, and the gripping posture calculation means is configured so that the pair of hand members and the model shape when the range in which the grip target member is wrapped by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range. It is also possible to calculate the gripping posture that satisfies the contact condition.

把持対象物体を割り当てたモデル形状が非常に大きく、指部材および親指部材によって把持対象部材を包む範囲が所定範囲より小さい、たとえば把持対象物体の半分以下である場合に、把持対象物体は指部材と親指部材とによって把持することができなくなってしまう。この場合には、一対のハンド部材とモデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出することにより、一対のハンド部材によって把持対象物体を把持することができる。   When the model shape to which the gripping target object is allocated is very large and the range in which the gripping target member is wrapped by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range, for example, less than half of the gripping target object, the gripping target object is It cannot be gripped by the thumb member. In this case, the gripping target object can be gripped by the pair of hand members by calculating the gripping posture that satisfies the contact condition between the pair of hand members and the model shape.

また、関節の少なくとも一部は、接続するリンク部材を連動させる連動関節であり、把持姿勢算出手段は、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断した場合、把持姿勢算出に用いるハンド部材の把持対象物体に対する位置を変更する態様とすることもできる。   Further, at least a part of the joints are interlocking joints that link the link members to be connected, and the gripping posture calculation unit calculates the gripping posture when it determines that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member. It can also be set as the aspect which changes the position with respect to the holding | grip object of the hand member used for.

このように、リンク部材の関節として連動関節を用いることにより、指部材の把持姿勢を算出する際の計算量の軽減を図ることができる。ここで、関節の少なくとも一部が連動関節であると、把持対象物体と指部材との把持姿勢算出手段は、掌部材および指部材との接触条件が厳しくなってしまい、把持対象物体を把持する把持姿勢を求めるとの接触点の数を確保するのが困難となる。   Thus, by using an interlocking joint as the joint of the link member, it is possible to reduce the amount of calculation when calculating the gripping posture of the finger member. Here, when at least a part of the joints are interlocking joints, the gripping posture calculation means for the gripping target object and the finger member has a severe contact condition between the palm member and the finger member, and grips the gripping target object. It is difficult to secure the number of contact points when obtaining the gripping posture.

これに対して、本発明に係るロボットハンドの把持制御装置は、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断した場合、把持姿勢算出に用いるハンド部材の把持対象物体に対する位置を変更する。このため、掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断したときに、把持対象物体に対するハンド部材の位置を変更することにより、指部材によって把持対象部材を把持することができる把持姿勢を見つけ易くすることができる。   In contrast, when the grip control device for the robot hand according to the present invention determines that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member, the position of the hand member used for gripping posture calculation with respect to the gripping target object To change. For this reason, when it is determined that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member, the gripping target member can be gripped by the finger member by changing the position of the hand member with respect to the gripping target object. It is possible to easily find the gripping posture.

また、接触条件は、モデル形状と、ロボットハンドの拘束条件とから、把持対象物体と指部材とが所定数以上の接触点数を有する場合における物体に対する指部材の位置を幾何学的に求めた条件である態様とすることもできる。   The contact condition is a condition obtained by geometrically determining the position of the finger member relative to the object when the object to be grasped and the finger member have a predetermined number of contact points or more from the model shape and the constraint condition of the robot hand. It can also be set as the aspect which is.

なお、本発明にいう所定数としては、モデル形状とロボットの拘束条件から幾何学的に求められる最大接触点数とするのが望ましい。このように、最大接触点数で把持することにより、最も安定した把持状態とすることができる。   The predetermined number referred to in the present invention is preferably the maximum number of contact points geometrically determined from the model shape and the constraint conditions of the robot. Thus, the most stable gripping state can be obtained by gripping with the maximum number of contact points.

さらに、把持対象物体の位置を認識する物体位置認識手段と、ハンド部材の位置を制御するハンド部材位置制御手段と、を備え、認識した把持対象物体の位置と、ハンド部材の位置との相対的な位置関係に基づいて、ハンド部材位置を制御する態様とすることもできる。   Furthermore, an object position recognizing unit for recognizing the position of the gripping target object and a hand member position control unit for controlling the position of the hand member are provided, and the relative position between the recognized position of the gripping target object and the position of the hand member is provided. It is also possible to adopt a mode in which the position of the hand member is controlled based on various positional relationships.

指部材が取り付けられたハンド部材の位置を制御するハンド部材位置制御手段が設けられており、ハンド部材の位置を制御することにより、指部材による把持対象物体の把持をより確実に行うことができる。また、指部材と把持対象物体とが最大数の接触点を有するように制御するにあたり、把持対象物体の位置と、ハンド部材との相対的な位置関係に基づいて、両者の接触点がより多くなるように、ロボットハンドを制御することができる。したがって、把持対象物体をさらに確実に把持することができる。   Hand member position control means for controlling the position of the hand member to which the finger member is attached is provided. By controlling the position of the hand member, the object to be grasped by the finger member can be more reliably gripped. . Also, when controlling the finger member and the object to be gripped to have the maximum number of contact points, there are more contact points between them based on the position of the object to be gripped and the relative positional relationship between the hand member. Thus, the robot hand can be controlled. Therefore, the object to be grasped can be grasped more reliably.

また、関節角制御手段は、指部材が把持対象物体に対する接触点でそれぞれ同時に接触するように各関節を制御する態様とすることができる。   Further, the joint angle control means may be configured to control each joint so that the finger members simultaneously contact at the contact points with respect to the object to be grasped.

このように、指部材が把持対象物体に対する接触点でそれぞれ同時に接触することにより、最先に到達した指部材によって、把持対象物体を倒したり、傷つけたりするといった事態を防止することができる。   As described above, when the finger members simultaneously contact at the contact points with respect to the object to be grasped, it is possible to prevent a situation in which the object to be grasped is brought down or damaged by the finger member that has arrived first.

さらに、リンク部材に設けられ、把持対象物体を把持する際のリンク部材の把持力を検出する把持力検出手段を備え、関節角制御手段は、把持力検出手段によって検出された把持力が、所定のしきい値を超えたときに、各関節の制御を終了する態様とすることもできる。   Further, provided with a gripping force detecting means provided on the link member for detecting the gripping force of the link member when gripping the object to be gripped, the joint angle control means has a predetermined gripping force detected by the gripping force detecting means. Alternatively, the control of each joint may be terminated when the threshold value is exceeded.

このように、把持力検出手段で検出された把持力が所定のしきい値を超えたときに、各関節の制御を終了することにより、確実な把持力を持ってロボットハンドの指で把持対象物体を把持することができる。   In this way, when the gripping force detected by the gripping force detection means exceeds a predetermined threshold, the control of each joint is terminated, so that the gripping target can be gripped with the finger of the robot hand with a certain gripping force. An object can be gripped.

本発明に係るロボットハンドの把持制御装置によれば、指部材によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、物体を確実に把持することができる。   According to the grip control device for a robot hand according to the present invention, it is possible to reliably grip an object with a low risk of falling or damaging the object by a finger member.

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置のブロック構成図、図2は、ロボットハンドの側面図、図3は、ロボットハンドの正面図である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a grip control device for a robot hand according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the robot hand, and FIG. 3 is a front view of the robot hand.

図1に示すように、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置(以下「把持制御装置」という)は、ロボットハンド1、画像認識装置2、把持姿勢算出装置3、および制御装置4を備えている。   As shown in FIG. 1, a robot hand grip control device (hereinafter referred to as “grip control device”) according to this embodiment includes a robot hand 1, an image recognition device 2, a grip posture calculation device 3, and a control device 4. ing.

ロボットハンド1は、図2および図3に示すように、親指に相当する第一指11、人差し指に相当する第二指12、中指に相当する第三指13、および薬指に相当する第四指14を備えている。また、第一指11には、第一指第一関節11A、第一指第二関節11B、および第一指第三関節11Cが設けられており、第二指12には、第二指第一関節12A、第二指第二関節12B、および第二指第三関節12Cが設けられている。さらに、第三指13には、第三指第一関節13A、第三指第二関節13B、および第三指第三関節13Cが設けられており、第四指14には、第四指第一関節14A、第四指第二関節14B、および第四指第三関節14Cが設けられている。   2 and 3, the robot hand 1 includes a first finger 11 corresponding to the thumb, a second finger 12 corresponding to the index finger, a third finger 13 corresponding to the middle finger, and a fourth finger corresponding to the ring finger. 14 is provided. Further, the first finger 11 is provided with a first finger first joint 11A, a first finger second joint 11B, and a first finger third joint 11C. One joint 12A, a second finger second joint 12B, and a second finger third joint 12C are provided. Further, the third finger 13 is provided with a third finger first joint 13A, a third finger second joint 13B, and a third finger third joint 13C, and the fourth finger 14 has a fourth finger first joint. One joint 14A, a fourth finger second joint 14B, and a fourth finger third joint 14C are provided.

第一指11における付け根部分には、第一指11を第二指12ないし第四指14に対向させる第一指対向関節11Gが設けられている。対向関節11Gは、後述の掌部16に平行する鉛直方向を挟んで、第一指11を第二指12ないし第四指14に対向可能としている。   The base part of the first finger 11 is provided with a first finger opposing joint 11G that makes the first finger 11 face the second finger 12 to the fourth finger 14. The opposing joint 11G allows the first finger 11 to oppose the second finger 12 to the fourth finger 14 with a vertical direction parallel to the palm 16 described later.

第二指12における付け根部分には、第二指12を揺動させる第二指揺動関節12Gが設けられている。揺動関節12Gは、掌部16に直交する水平軸周りに第二指12を揺動可能としている。また、第三指13および第四指14におけるそれぞれの付け根部分には、第三指13および第四指14を揺動させる第三指揺動関節13Gおよび第四指揺動関節14Gが設けられている。揺動関節13G,14Gは、第三指13および第四指14を掌部16に直交する水平軸周りにそれぞれ揺動させる。これらの第二指12ないし第四指14の第三関節12C〜14Cを除く各関節11A〜11C,12A〜12B,13A〜13B,14A〜14B、対向関節11G、および揺動関節12G〜14Gには、図1に示すモータドライバ7に接続されたモータ8が設けられている。   A second finger swing joint 12 </ b> G that swings the second finger 12 is provided at the base portion of the second finger 12. The swing joint 12 </ b> G enables the second finger 12 to swing around a horizontal axis orthogonal to the palm portion 16. Further, a third finger rocking joint 13G and a fourth finger rocking joint 14G for rocking the third finger 13 and the fourth finger 14 are provided at base portions of the third finger 13 and the fourth finger 14, respectively. ing. The swing joints 13 </ b> G and 14 </ b> G swing the third finger 13 and the fourth finger 14 around a horizontal axis orthogonal to the palm portion 16. The joints 11A to 11C, 12A to 12B, 13A to 13B, 14A to 14B, the opposing joint 11G, and the swing joints 12G to 14G except for the third joints 12C to 14C of the second finger 12 to the fourth finger 14 Is provided with a motor 8 connected to the motor driver 7 shown in FIG.

また、第一指11における第一指第一関節11Aと第一指第二関節11Bとの間には、第一指第一リンク11Dが設けられ、第一指第二関節11Bと第一指第三関節11Cとの間には、第一指第二リンク11Eが設けられ、第一指第三関節11Cの先端には、第一指第三リンク11Fが設けられている。第二指12における第二指第一関節12Aと第二指第二関節12Bとの間には、第二指第一リンク12Dが設けられ、第二指第二関節12Bと第二指第三関節との間には、第二指第二リンク12Eが設けられ、第二指第三関節12Cの先端には、第二指第三リンク12Fが設けられている。   In addition, a first finger first link 11D is provided between the first finger first joint 11A and the first finger second joint 11B of the first finger 11, and the first finger second joint 11B and the first finger A first finger second link 11E is provided between the third joint 11C and a first finger third link 11F is provided at the tip of the first finger third joint 11C. A second finger first link 12D is provided between the second finger first joint 12A and the second finger second joint 12B in the second finger 12, and the second finger second joint 12B and the second finger third A second finger second link 12E is provided between the joints, and a second finger third link 12F is provided at the tip of the second finger third joint 12C.

さらに、第三指13における第三指第一関節13Aと第三指第二関節13Bとの間には、第三指第一リンク13Dが設けられ、第三指第二関節13Bと第三指第三関節13Cとの間には、第三指第二リンク13Eが設けられ、第三指第三関節13Cの先端には、第三指第三リンク13Fが設けられている。第四指14における第四指第一関節14Aと第四指第二関節14Bとの間には、第四指第一リンク14Dが設けられ、第四指第二関節14Bと第四指第三関節14Cとの間には、第四指第二リンク14Eが設けられ、第四指第三関節14Cの先端には、第四指第三リンク14Fが設けられている。さらに、第一指対向関節11Gと第一指第一関節11Aとの間には、第一指対向リンク11Hが設けられている。第二指揺動関節12Gと、第二指第一関節12Aとの間には、第二指揺動リンク12Hが設けられている。同様に、第三指揺動関節13Gと、第三指第一関節13Aとの間、および第四指揺動関節14Gと、第四指第一関節14Aとの間には、それぞれ図示しない第三指揺動リンクおよび第四指揺動リンクが設けられている。   Further, a third finger first link 13D is provided between the third finger first joint 13A and the third finger second joint 13B in the third finger 13, and the third finger second joint 13B and the third finger A third finger second link 13E is provided between the third joint 13C and a third finger third link 13F is provided at the tip of the third finger third joint 13C. A fourth finger first link 14D is provided between the fourth finger first joint 14A and the fourth finger second joint 14B of the fourth finger 14, and the fourth finger second joint 14B and the fourth finger third A fourth finger second link 14E is provided between the joint 14C and a fourth finger third link 14F is provided at the tip of the fourth finger third joint 14C. Further, a first finger facing link 11H is provided between the first finger facing joint 11G and the first finger first joint 11A. A second finger swing link 12H is provided between the second finger swing joint 12G and the second finger first joint 12A. Similarly, between the third finger swing joint 13G and the third finger first joint 13A, and between the fourth finger swing joint 14G and the fourth finger first joint 14A, respectively A three-finger swing link and a fourth finger swing link are provided.

また、ロボットハンド1は、本発明の掌部材である拇指球15および掌部16を有している。拇指球15には、第一指11が取り付けられている。また、拇指球15は、鉛直軸周りに回転可能とされており、拇指球15とともに第一指11が鉛直軸周りに回転可能とされている。掌部16には、第二指12〜第四指14が取り付けられている。また、第一指11〜第四指14の各リンク11D〜11F,12D〜12F,13D〜13F,14D〜14F、および拇指球15、掌部16には、それぞれ緩衝パッド(柔軟肉)17が取り付けられている。   The robot hand 1 also has a thumb ball 15 and a palm portion 16 which are palm members of the present invention. A first finger 11 is attached to the thumb ball 15. The thumb ball 15 is rotatable about the vertical axis, and the first finger 11 is rotatable about the vertical axis together with the thumb ball 15. A second finger 12 to a fourth finger 14 are attached to the palm portion 16. Further, each of the links 11D to 11F, 12D to 12F, 13D to 13F, and 14D to 14F of the first finger 11 to the fourth finger 14, and the thumb ball 15 and the palm portion 16 have buffer pads (flexible meat) 17 respectively. It is attached.

ロボットハンド1で物体を把持する際には、第一指11と第三指13とが対向する状態となるように、第一指11が前側に回り込む。こうして、図4に模式的に示すように、第一指11と第三指13とで、把持の対象となる物体(以下「把持対象物体」という)Mを把持する。   When gripping an object with the robot hand 1, the first finger 11 turns forward so that the first finger 11 and the third finger 13 face each other. In this way, as schematically shown in FIG. 4, the first finger 11 and the third finger 13 hold an object M to be gripped (hereinafter referred to as “grip target object”) M.

さらに、ロボットハンド1は、第二指12〜第四指14の関節のうち、第二関節と第三関節とが連動関節30となっている。連動関節30は、第二関節12B〜14Bと第三関節12C〜14Cとの間に、リンク部材31が設けられている。   Further, in the robot hand 1, among the joints of the second finger 12 to the fourth finger 14, the second joint and the third joint are interlocking joints 30. The interlocking joint 30 is provided with a link member 31 between the second joints 12B to 14B and the third joints 12C to 14C.

また、第二関節12B〜14Bには、モータが設けられているが、第三関節12C〜14Cには、モータが設けられていない。そして、第二関節12B〜14Bに設けられたモータが回転駆動することにより、第二関節12B〜14Bが回転する。また、第二関節12B〜14Bが回転することにより、その回転がリンク部材31を介して第三関節12C〜14Cに伝達される。こうして、第三関節12C〜14Cも第二関節12B〜14Bとともに回転するようになっている。ここで、説明の利便のため、ロボットハンド1における第二指12〜第四指14では、第二関節12B〜14Bの関節角と、第三関節12C〜12Dの関節角とは同一と仮定する。   The second joints 12B to 14B are provided with motors, but the third joints 12C to 14C are not provided with motors. And when the motor provided in 2nd joint 12B-14B rotationally drives, 2nd joint 12B-14B rotates. Further, when the second joints 12B to 14B rotate, the rotation is transmitted to the third joints 12C to 14C via the link member 31. Thus, the third joints 12C to 14C also rotate together with the second joints 12B to 14B. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the joint angles of the second joints 12B to 14B and the joint angles of the third joints 12C to 12D are the same for the second finger 12 to the fourth finger 14 in the robot hand 1. .

図1に示す画像認識装置2は、撮像手段となるカメラと、カメラで撮影された画像を処理する画像処理部とを有している。カメラで撮像された画像を画像処理部で画像処理することにより、把持対象物体Mの位置、形状、およびサイズを認識する。画像認識装置2は、認識した把持対象部物体の位置、形状、およびサイズを把持姿勢算出手段である把持姿勢算出装置3に出力する。   An image recognition apparatus 2 illustrated in FIG. 1 includes a camera serving as an imaging unit and an image processing unit that processes an image captured by the camera. The position, shape, and size of the gripping target object M are recognized by performing image processing on the image captured by the camera with the image processing unit. The image recognition device 2 outputs the recognized position, shape, and size of the gripping target object to the gripping posture calculation device 3 that is a gripping posture calculation means.

本実施形態では、画像認識装置2が、物体形状・サイズ認識装置および物体位置認識装置として機能している。画像認識装置2は、ともにカメラで撮像された画像を画像処理部で画像処理し、画像中に映し出される把持対象物体Mの形状とサイズ、および位置を認識する。   In the present embodiment, the image recognition device 2 functions as an object shape / size recognition device and an object position recognition device. Both of the image recognition apparatuses 2 perform image processing on an image captured by a camera using an image processing unit, and recognize the shape, size, and position of the gripping target object M displayed in the image.

把持姿勢算出装置3は、画像認識装置2から出力された把持対象物体Mの形状に基づいて、ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、好適なロボットハンドの把持姿勢を目標関節角として算出する。把持姿勢算出装置3は、把持対象物体Mのモデル形状に対応した把持計算方法を記憶している。   The gripping posture calculation device 3 selects a gripping calculation method for gripping an object by the robot hand based on the shape of the gripping target object M output from the image recognition device 2, and targets a suitable gripping posture of the robot hand. Calculate as joint angle. The grip posture calculation device 3 stores a grip calculation method corresponding to the model shape of the grip target object M.

また、把持姿勢算出装置3は画像認識装置2から出力された把持対象物体Mのサイズに基づいて、ロボットハンド1によって把持対象物体Mを把持するための把持形式を選択し、好適なロボットハンド1の把持姿勢を目標関節角として算出する。把持姿勢算出装置3は、把持対象物体Mのモデルサイズに対応して把持形式を記憶している。   Further, the gripping posture calculation device 3 selects a gripping format for gripping the gripping target object M by the robot hand 1 based on the size of the gripping target object M output from the image recognition device 2, and a suitable robot hand 1. Is calculated as a target joint angle. The gripping posture calculation device 3 stores a gripping format corresponding to the model size of the gripping target object M.

把持姿勢算出装置3は、モデル形状として、円柱、球、および直方体の形状について、これらのモデル形状がロボットハンドの拘束条件から定めた接触条件を、把持対象物体Mの形状がこれらのモデル形状であるときの把持計算方法として記憶している。具体的な把持計算方法については、後に説明する。把持姿勢算出装置3は、算出したロボットハンドの把持姿勢(目標関節角)を制御装置4に出力する。   The gripping posture calculation device 3 has a cylindrical shape, a sphere, and a rectangular parallelepiped shape as the model shape, the contact conditions determined by the constraint conditions of the robot hand, and the shape of the gripping target object M is the model shape. It is stored as a grip calculation method at a certain time. A specific grip calculation method will be described later. The gripping posture calculation device 3 outputs the calculated gripping posture (target joint angle) of the robot hand to the control device 4.

制御装置4には、把持姿勢算出装置3、エンコーダ・ポテンショメータ5、触覚センサ6、およびモータドライバ7が接続されている。エンコーダ・ポテンショメータ5は、ロボットハンド1における第一指11〜第四指14の位置を検出しており、検出した第一指11〜第四指14の各リンクの関節角を制御装置4に出力している。また、触覚センサ6は、図2に示す緩衝パッド17に埋め込まれた分布型圧力センサである。触覚センサ6は、ロボットハンド1が物体を把持した際の触覚を把持反力で検出しており、検出した把持反力を制御装置4に出力している。   Connected to the control device 4 are a gripping posture calculation device 3, an encoder / potentiometer 5, a tactile sensor 6, and a motor driver 7. The encoder / potentiometer 5 detects the positions of the first finger 11 to the fourth finger 14 in the robot hand 1 and outputs the detected joint angles of the links of the first finger 11 to the fourth finger 14 to the control device 4. is doing. The tactile sensor 6 is a distributed pressure sensor embedded in the buffer pad 17 shown in FIG. The tactile sensor 6 detects a tactile sensation when the robot hand 1 grips an object with a gripping reaction force, and outputs the detected gripping reaction force to the control device 4.

制御装置4は、エンコーダ・ポテンショメータ5から出力された第一指11〜第四指14の各リンクの関節角と、把持姿勢算出装置3から出力された目標関節角に基づいて、フィードバック制御を行っている。このフィードバック制御により、ロボットハンド1の各関節に設けられたモータを駆動するモータドライバ7に角度指令を出力している。また、制御装置4は、触覚センサ6から出力された把持反力に基づいて、ロボットハンド1の把持姿勢を修正するように、モータドライバ7に角度指令または速度指令を出力している。   The control device 4 performs feedback control based on the joint angles of the links of the first finger 11 to the fourth finger 14 output from the encoder / potentiometer 5 and the target joint angle output from the gripping posture calculation device 3. ing. By this feedback control, an angle command is output to a motor driver 7 that drives a motor provided at each joint of the robot hand 1. Further, the control device 4 outputs an angle command or a speed command to the motor driver 7 so as to correct the gripping posture of the robot hand 1 based on the gripping reaction force output from the touch sensor 6.

以上の構成を有する本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置における制御の手順について説明する。まず、ロボットハンドの把持制御における全体の流れについて説明する。図5は、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置の制御手順を示すフローチャートである。   A control procedure in the grip control device for the robot hand according to the present embodiment having the above-described configuration will be described. First, the entire flow in the grip control of the robot hand will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of the grip control device for the robot hand according to the present embodiment.

図5に示すように、ロボットハンドの把持制御を行う際には、まず把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識する(S1)。把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識する際には、画像認識装置2によって把持対象物体Mを撮影するとともに、所定の画像処理を施して、把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識する。   As shown in FIG. 5, when gripping control of the robot hand is performed, the position, shape, and size of the gripping target object M are first recognized (S1). When recognizing the position, shape, and size of the gripping target object M, the image recognition device 2 captures the gripping target object M and performs predetermined image processing to determine the position, shape, and size of the gripping target object M. recognize.

把持対象物体Mの位置および形状・サイズを認識したら、把持姿勢算出装置3において、把持対象物体Mの形状に応じて把持計算方法を選択する(S2)。把持計算方法は、把持対象物体Mが円柱、球、直方体のいずれかによって異なり、ここでは、把持対象物体Mに応じた計算方法を選択する。続いて、把持対象物体Mのサイズに応じて把持形式を選択するとともに、把持姿勢を計算する(S3)。把持形式の選択は、ステップS1で認識した把持対象物体Mの寸法によって行い、選択された把持形式に応じて把持姿勢を計算する。この把持形式の選択および把持姿勢の計算については、後にさらに説明する。   When the position, shape, and size of the gripping target object M are recognized, the gripping posture calculation device 3 selects a gripping calculation method according to the shape of the gripping target object M (S2). The grip calculation method differs depending on whether the grip target object M is a cylinder, a sphere, or a rectangular parallelepiped, and here, a calculation method corresponding to the grip target object M is selected. Subsequently, a gripping format is selected according to the size of the gripping target object M, and a gripping posture is calculated (S3). The gripping type is selected based on the size of the gripping target object M recognized in step S1, and the gripping posture is calculated according to the selected gripping type. The selection of the gripping type and the calculation of the gripping posture will be further described later.

把持姿勢を計算したら、この把持姿勢を達成する各指の時系列の目標関節角を生成する(S4)。こうして、目標関節角を生成したら、また、目標関節角にしたがって時系列の関節角指令を生成し、モータドライバ7を介してモータ8を駆動制御し、各指11〜14および掌部16によって把持対象物体Mを把持する(S5)。   After calculating the gripping posture, a time-series target joint angle of each finger that achieves the gripping posture is generated (S4). When the target joint angle is thus generated, a time-series joint angle command is generated according to the target joint angle, the motor 8 is driven and controlled via the motor driver 7, and is gripped by the fingers 11 to 14 and the palm 16. The target object M is gripped (S5).

そのとき、触覚センサ6で検出した把持力に基づいて、ロボットハンド1による各指における各リンクの把持力の計測を行い(S6)、計測した各指における各リンクの把持力をフィードバックする。その後、計測した把持力が許容値未満であるか否かを判断する(S7)。その結果、計測した把持力が許容値未満でない場合には、ロボットハンド1で把持対象物体Mを把持し、搬送などの作業を行う(S8)。   At that time, based on the gripping force detected by the tactile sensor 6, the gripping force of each link on each finger by the robot hand 1 is measured (S6), and the gripping force of each link on each measured finger is fed back. Thereafter, it is determined whether or not the measured gripping force is less than an allowable value (S7). As a result, if the measured gripping force is not less than the allowable value, the gripping target object M is gripped by the robot hand 1 and an operation such as transport is performed (S8).

一方、把持力が許容値未満である場合には、目標関節角に到達したか否かを判断する(S9)。その結果、目標関節角に到達しない場合には、ステップS5に戻ってモータ8の駆動を継続的に行う。また、目標関節角に到達する場合には、目標関節角をさらに修正して指を継続的に作動させるように位置誤差の補償を行い、ステップS5に戻る。   On the other hand, if the gripping force is less than the allowable value, it is determined whether or not the target joint angle has been reached (S9). As a result, when the target joint angle is not reached, the process returns to step S5 and the motor 8 is continuously driven. Further, when the target joint angle is reached, the position error is compensated so that the target joint angle is further corrected and the finger is continuously operated, and the process returns to step S5.

次に、把持対象物体Mの把持形式の選択から目標関節角の生成(把持姿勢の生成)までの手順を説明する。目標関節角の生成は、モデル形状が割り当てられた把持物体によってそれぞれ異なる。本実施形態では、モデル形状として、円柱形、球形、および直方体形状を設定し、これらのモデル形状を把持対象物体Mに割り当てている。以下に、把持対象物体Mが円柱形状である場合と、直方体形状である場合とにおける把持対象物体Mの把持形式の選択から目標関節角の生成までの手順について主に説明する。   Next, a procedure from selection of a gripping format of the gripping target object M to generation of a target joint angle (generation of a gripping posture) will be described. The generation of the target joint angle differs depending on the grasped object to which the model shape is assigned. In the present embodiment, a cylindrical shape, a spherical shape, and a rectangular parallelepiped shape are set as model shapes, and these model shapes are assigned to the gripping target object M. Hereinafter, a procedure from selection of the gripping type of the gripping target object M to generation of the target joint angle when the gripping target object M has a cylindrical shape and a rectangular parallelepiped shape will be mainly described.

〔把持対象物体Mが円柱である場合〕
それでは、把持対象物体Mが割り当てられたモデル形状が円柱形状である場合について説明する。モデル形状が円柱形状である場合、まず、割り当てられた円柱の寸法に基づいて、把持対象物体Mの把持形式を検討する。把持形式としては、第一指11〜第四指14による把持のほか、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持が考えられる。ここでは、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持方法について説明する。また、これらの把持形式の選択方法については、後に説明する。
[When gripping object M is a cylinder]
Now, a case where the model shape to which the gripping target object M is assigned is a cylindrical shape will be described. When the model shape is a cylindrical shape, first, the gripping format of the gripping target object M is examined based on the allocated cylinder dimensions. As a grip type, in addition to gripping with the first finger 11 to the fourth finger 14, gripping with the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14, gripping with only the second finger 12 to the fourth finger 14, In addition, grasping by two robot hands can be considered. Here, a gripping method using the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14, a gripping operation using only the second finger 12 to the fourth finger 14, and a gripping method using two robot hands will be described. A method for selecting these gripping formats will be described later.

[掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持]
まず、掌部16と第二指12〜第四指14とによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角の生成手順を説明する。いま、図6に、第三指13の中心線をとおり、かつ掌部16に垂直な断面を示す。図6に示すように、掌部16に沿った直線上の点を座標原点とするx−y座標系を設定する。このx−y座標系上において、それぞれ座標を設定し、把持対象物体Mと第三指13の各リンク13D〜13Fとの幾何関係から、把持対象物体Mの物体中心座標(x,y)と第三指13の関節角θに関する方程式を導出する。
[Holding with Palm 16 and Second Finger 12 to Fourth Finger 14]
First, a procedure for generating a target joint angle when the object to be grasped M is grasped by the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14 will be described. FIG. 6 shows a cross section passing through the center line of the third finger 13 and perpendicular to the palm portion 16. As shown in FIG. 6, an xy coordinate system is set in which a point on a straight line along the palm 16 is a coordinate origin. Coordinates are set on the xy coordinate system, and the object center coordinates (x c , y c) of the gripping target object M are determined from the geometric relationship between the gripping target object M and the links 13D to 13F of the third finger 13. ) And the equation regarding the joint angle θ i of the third finger 13 is derived.

把持対象物体Mの物体中心のx方向における座標xを求めるにあたり、把持対象物体Mを掌部16に接触させるためには、次の(0)式が成り立つ。 Upon obtaining the coordinate x c in the x direction of the object the center of the gripping target object M, to contact the gripping target object M on the palm portion 16, the following (0) expression holds.

−x10=R10=r+t ・・・(0)
ここで、x10:第三指第一関節13AのX方向における座標
r:把持対象物体Mを割り当てられた円柱体の半径
:第三指第一関節13AのX方向における座標x10から掌部16の表面までの距離
上記(0)式を変形することにより、下記(1)式から把持対象物体Mの物体中心のx座標xを求めることができる。
x c −x 10 = R 10 = r + t 0 (0)
Here, x 10 : coordinates of the third finger first joint 13A in the X direction
r: radius of the cylindrical body to which the object M to be grasped is assigned
t 0 : Distance from the coordinate x 10 in the X direction of the third finger first joint 13A to the surface of the palm portion 16 By transforming the above equation (0), the object center of the gripping target object M from the following equation (1) it is possible to obtain the x-coordinate x c.

=r+t+x10 ・・・(1)
また、第三指第一リンク13Dに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(2)式を導出することができる。
x c = r + t 0 + x 10 (1)
Further, the following equation (2) can be derived for the third finger first link 13D based on the distance relationship between the point and the straight line.

(x−x10)cosθ−(y−y10)sinθ=R11 ・・・(2)
ここで、R11:把持対象物体Mの中心から第三指第一リンク13Dの中心までの距離(r+t
:第三指第一リンク13Dの幅の半分
θ :第三指第一関節13Aの関節角
また、第三指第二リンク13Eの回転中心軸(x11,y11)は、下記(3A)式、(3B)式より表される。
(X c −x 10 ) cos θ 1 − (y c −y 10 ) sin θ 1 = R 11 (2)
Here, R 11 : distance from the center of the gripping object M to the center of the third finger first link 13D (r + t 1 )
t 1 : half of the width of the third finger first link 13D
θ 1 : Joint angle of the third finger first joint 13A Further, the rotation center axis (x 11 , y 11 ) of the third finger second link 13E is expressed by the following expressions (3A) and (3B).

11=x10+L11sinθ ・・・(3A)
11=y10+L11cosθ ・・・(3B)
ここで、L11:第三指第一リンク13Dの長さ
同様に、第三指第二リンク13Eに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(3)式を導出することができる。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (3A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (3B)
Here, L 11 : Length of the third finger first link 13D Similarly, the following expression (3) is derived based on the distance relationship between the point and the straight line for the third finger second link 13E. be able to.

(x−x11)cos(θ+θ)−(y−y11)sin(θ+θ)=R12 ・・・(3)
ここで、R12:把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離(r+t
:第三指第二リンク13Eの幅の半分
θ :第三指第二関節13Bの関節角
さらに、第三指第三リンク13Fの回転中心軸(x12,y12)は、下記(4A)式、(4B)式より表される。
(X c -x 11) cos ( θ 1 + θ 2) - (y c -y 11) sin (θ 1 + θ 2) = R 12 ··· (3)
Here, R 12 : distance (r + t 2 ) from the center of the gripping object M to the center of the third finger second link 13E
t 2 : half the width of the third finger second link 13E
θ 2 : Joint angle of the third finger second joint 13B Further, the rotation center axis (x 12 , y 12 ) of the third finger third link 13F is expressed by the following expressions (4A) and (4B).

12=x11+L12sin(θ+θ) ・・・(4A)
12=y11+L12cos(θ+θ) ・・・(4B)
ここで、L12:第三指第二リンク13Eの長さ
さらに同様に、第三指第三リンク13Fに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(3)式を導出することができる。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (4A)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (4B)
Here, L 12 : Length of the third finger second link 13E Similarly, the following expression (3) is derived based on the distance relationship between the point and the straight line for the third finger third link 13F. can do.

(x−x12)cos(θ+2θ)−(y−y12)sin(θ+2θ)=R13 ・・・(4)
ここで、R13:把持対象物体Mの中心から第三指第三リンク13Fの中心までの距離(r+t
:第三指第三リンク13Fの幅の半分
ここまで、上記(1)式〜(4)式において、未知の変数は、θ、θ、x、yの4つであり、方程式も4つあることから唯一解を求めることができる。ところが、上記(2)式〜(4)式は、三角関数を用いた式となっていることから、解析的な解を求めるのは容易ではない。そこで、図7に示すフローチャートに示す手順によって、各変数を決定する。図7は、第三指の把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートである。
(X c −x 12 ) cos (θ 1 + 2θ 2 ) − (y c −y 12 ) sin (θ 1 + 2θ 2 ) = R 13 (4)
Here, R 13 : distance from the center of the gripping object M to the center of the third finger third link 13F (r + t 3 )
t 3 : Half of the width of the third finger third link 13F Up to this point, in the above equations (1) to (4), there are four unknown variables θ 1 , θ 2 , x c , and y c . Since there are four equations, the only solution can be obtained. However, since the expressions (2) to (4) are expressions using trigonometric functions, it is not easy to obtain an analytical solution. Therefore, each variable is determined by the procedure shown in the flowchart of FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for determining the gripping posture of the third finger.

まず、上記(1)式に基づいて、把持対象物体MのX軸方向の中心座標xを算出する(S11)。次に、yを探索変数として、yの任意の初期値を設定する(S12)。次に、第三指第一関節13Aの関節角θとして、任意の角度θ01とする(S13)。 First, based on equation (1), calculates the center coordinates x c in the X-axis direction of the gripping target object M (S11). Then, as the search variables y c, it sets an arbitrary initial value of y c (S12). Next, an arbitrary angle θ 01 is set as the joint angle θ 1 of the third finger first joint 13A (S13).

続いて、上記(2)式における左辺の項をd1とし、d1を算出する(S14)。それから、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第一リンク13Dの中心までの距離R11と算出値dとの差の絶対値を求め、この絶対値が予め定められた許容誤差e以下である否かを判断する(S15)。なお、許容誤差eは、1より小さい正の定数である。 Subsequently, the term on the left side in the equation (2) is defined as d1, and d1 is calculated (S14). Then, determine the actual absolute value of the difference from the center of the gripping target object M and the distance R 11 to the center of the third finger first link 13D the calculated value d 1, the allowable error e this absolute value is predetermined It is determined whether or not the following is true (S15). The allowable error e is a positive constant smaller than 1.

その結果、算出値d1と実際の距離R11との絶対値が、許容誤差eを超えると判断した場合には、第三指第一関節13Aの関節角θにΔθを加算し(S16)、ステップS14に戻る。ここで、Δθは、α(d−R11)の式によって決定される。また、αは、予め設定された調整ゲインである。 As a result, the absolute value of the actual distance R 11 and calculation values d1 is, if it is determined to exceed the allowable error e adds Δθ to the joint angle theta 1 of the third finger first joint 13A (S16) Return to step S14. Here, Δθ is determined by an equation of α (d 1 −R 11 ). Α is a preset adjustment gain.

一方、ステップS15において、算出値dと距離R11との差の絶対値が、許容誤差e以下であると判断した場合には、第三指第二関節13Bの関節角θとして、任意の角度θ02とする(S17)。続いて、上記(3)式における左辺の項をdとし、dを算出する(S18)。それから、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離R12と算出値dとの差の絶対値を求め、この絶対値が予め定められた許容誤差e以下である否かを判断する(S19)。この許容誤差eは、上記の許容誤差と同値である。ただし、異なる許容誤差を用いることもできる。 On the other hand, in step S15, the absolute value of the difference between the calculated value d 1 and distance R 11 is, when it is determined that the allowable is the error e or less, as the joint angle theta 2 of the third finger second joint 13B, optionally Of the angle θ 02 (S17). Subsequently, the left term in equation (3) and d 2, to calculate a d 2 (S18). Then, determine the actual absolute value of the difference from the center of the gripping target object M and the distance R 12 to the center of the third finger second link 13E and calculated value d 2, the allowable error e this absolute value is predetermined It is determined whether or not the following is true (S19). This allowable error e is equivalent to the above-described allowable error. However, different tolerances can be used.

その結果、算出値dと距離R12との絶対値が、許容誤差eを超えると判断した場合には、第三指第二関節13Bの関節角θにΔθを加算し(S20)、ステップS18に戻る。ここで、Δθは、α(d−R12)の式によって決定される。また、αは、上記の式と同様、予め設定された調整ゲインである。 As a result, when it is determined that the absolute value of the calculated value d 2 and the distance R 12 exceeds the allowable error e, Δθ is added to the joint angle θ 2 of the third finger second joint 13B (S20), The process returns to step S18. Here, Δθ is determined by the equation of α (d 2 −R 12 ). Α is a preset adjustment gain as in the above equation.

一方、ステップS19において、算出値dと距離R12との差の絶対値が、許容誤差e以下であると判断した場合には、上記(4)式における左辺の項をdとし、把持対象物体Mの物体中心座標のX座標x、Y座標y、第三指第一関節13Aの関節角θ、および第三指第二関節13Bの関節角θを代入して、dを算出する(S21)。それから、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第三リンク13Fの中心までの距離R13と算出値dとの差の絶対値を求め、この絶対値が予め定められた許容誤差e以下である否かを判断する(S22)。 On the other hand, in step S19, the absolute value of the difference between the calculated value d 2 and a distance R 12 is, when it is determined that the allowable error e below, the left-hand side terms in equation (4) and d 3, grip Substituting the X coordinate x c , Y coordinate y c of the object center coordinate of the target object M, the joint angle θ 1 of the third finger first joint 13A, and the joint angle θ 2 of the third finger second joint 13B, and d 3 is calculated (S21). Then, determine the actual absolute value of the difference from the center of the gripping target object M and the calculated value d 3 and distance R 13 to the center of the third finger third link 13F, permissible error e this absolute value is predetermined It is determined whether or not the following is true (S22).

その結果、算出値dと距離R13との絶対値が、許容誤差eを超えると判断した場合には、把持対象物体Mの中心座標のY座標yにΔyを加算し(S23)、把持対象物体Mの物体中心座標のY座標yを代えて、ステップS13に戻る。こうして、新たに計算を行う。ここで、Δycは、予め決定された長さである。また、βは、上記のαと同様、予め設定された調整ゲインである。 As a result, when it is determined that the absolute value of the calculated value d 3 and the distance R 13 exceeds the allowable error e, Δy c is added to the Y coordinate y c of the center coordinate of the gripping target object M (S23). Then, the Y coordinate y c of the object center coordinate of the gripping target object M is changed, and the process returns to step S13. Thus, a new calculation is performed. Here, Δyc is a predetermined length. In addition, β is a preset adjustment gain, similar to α described above.

こうしてステップS16,S20,S23におけるループを繰り返し、最終的にステップS22において算出値dが実際の距離R13以上となったときには、安定な把持条件が満たされたものと考えられる。このようにして、第三指13の目標関節角(把持姿勢)を求めることができる。 Thus repeated loop in steps S16, S20, S23, when the calculated value d 3 was the actual distance R 13 or more at the final step S22, it is considered that stable gripping condition is satisfied. In this way, the target joint angle (gripping posture) of the third finger 13 can be obtained.

第三指13の目標関節角を求めたら、続いて第二指12および第四指14の把持姿勢を求める。第二指12および第四指14の把持姿勢の求め方は、同様であるので、第二指12の把持姿勢の求め方について説明する。   When the target joint angle of the third finger 13 is obtained, the gripping postures of the second finger 12 and the fourth finger 14 are subsequently obtained. Since the method of obtaining the holding posture of the second finger 12 and the fourth finger 14 is the same, the method of obtaining the holding posture of the second finger 12 will be described.

第二指12の把持姿勢の求め方としては、第二指12における各リンク12D〜12Fと把持対象物体Mとの間の関係では、第三指13の把持姿勢を求めた際の上記(2)式〜(4)式をそのまま適用することができる。ただし、ここでは、第三指13の把持形状を決定した後では、把持物体の中心も既に決定されており、第二指12は連動関節を有し、かつ第三指13とはパラメータが同様ではない。このため、第三指13の把持姿勢および把持姿勢を求める方法を適用することができない。   As a method for obtaining the gripping posture of the second finger 12, the relationship between the links 12D to 12F of the second finger 12 and the gripping target object M is as described in (2) above when the gripping posture of the third finger 13 is obtained. ) To (4) can be applied as they are. However, here, after determining the grip shape of the third finger 13, the center of the gripped object has already been determined, the second finger 12 has an interlocking joint, and the parameters are the same as those of the third finger 13. is not. For this reason, it is not possible to apply the method of obtaining the holding posture and the holding posture of the third finger 13.

また、第二指12は3つのリンク12D〜12Fを有するが、3つの関節のうち、1つの関節が連動関節であることから、能動関節は2つのみである。また、把持対象物体Mの中心位置を調整することができないため、第二指12が有する3つのリンクのうち、2つのリンクは必ず把持対象物体Mに接触させることができる。さらに、他の1つのリンクが把持対象物体Mに食い込まないように、各リンク12D〜12Fと把持対象物体Mとの間の隙間をチェックすることが必要となる。ここで、安定した把持を実現するために、第二指12の各リンク12D〜12Fと把持対象物体Mとの接触点を把持対象物体M中心の両側に配置することを優先して関節角を求める。さらにいうと、できるかぎり第二指第一リンク12Dと第二指第三リンク12Fとを把持対象物体Mに接触させるように、関節角を求める。そして、第二指第一リンク12Dと第二指第三リンク12Fとが把持対象物体Mに接触できない場合に、第二指第二リンク12Eと第二指第三リンク12Fとを把持対象物体Mに接触させるようにする。その手順について、図8を参照して説明する。図8は、第二指の把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートである。   Further, the second finger 12 has three links 12D to 12F, but since one joint is an interlocking joint among the three joints, there are only two active joints. Further, since the center position of the gripping target object M cannot be adjusted, two links out of the three links of the second finger 12 can always be brought into contact with the gripping target object M. Furthermore, it is necessary to check the gaps between the links 12D to 12F and the gripping target object M so that the other one link does not bite into the gripping target object M. Here, in order to realize stable gripping, the joint angle is set with priority given to arranging contact points between the links 12D to 12F of the second finger 12 and the gripping target object M on both sides of the center of the gripping target object M. Ask. Furthermore, the joint angle is obtained so that the second finger first link 12D and the second finger third link 12F are brought into contact with the grasped object M as much as possible. When the second finger first link 12D and the second finger third link 12F cannot contact the gripping target object M, the second finger second link 12E and the second finger third link 12F are gripped by the gripping target object M. To make contact. The procedure will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for determining the gripping posture of the second finger.

図8に示すように、第二指12の把持姿勢を決定する際には、まず、第二指第一関節12Aの関節角θとして、任意の角度θ10を設定する(S31)。次に、上記(2)式にθ10を代入し、上記(2)式における左辺の項の値をdとして、dを算出する(S32)。 As shown in FIG. 8, when determining the holding posture of the second finger 12, first, an arbitrary angle θ 10 is set as the joint angle θ 1 of the second finger first joint 12A (S31). Next, the (2) by substituting theta 10 in formula, the value of the left side of the terms in equation (2) as d 1, calculates the d 1 (S32).

続いて、上記(2)式における左辺の項の値をdと、把持対象物体Mの中心から第二指第一リンク12Dの中心までの距離R11との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S33)。その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、θにΔθを加算して(S34)、ステップS32に戻る。ここでのΔθは、α(d−R11)の式によって決定される。また、αは、予め設定された調整ゲインである。 Subsequently, the value of the left side of the terms in equation (2) and d 1, the absolute value of the difference between the distance R 11 from the center of the gripping target object M to the center of the second finger first link 12D sought, this It is determined whether or not the absolute value is within a predetermined allowable error e (S33). As a result, if the absolute value is not within the allowable error e adds the Δθ to θ 1 (S34), the flow returns to step S32. Here, Δθ is determined by the equation of α (d 1 -R 11 ). Α is a preset adjustment gain.

一方、ステップS33で絶対値が許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、第二指第二関節12Bの関節角θとして、任意の角度θ20を設定する(S35)。続いて、上記(4)式にθ20を代入し、上記(4)式における左辺の項をdとして、dを計算する(S36)。それから、上記(4)式の左辺の項dと、実際の把持対象物体Mの中心から第二指第二リンク12Eの中心までの距離R13との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S37)。 On the other hand, the absolute value in the step S33 is if it is determined to be within the scope of the allowable error e as joint angle theta 2 of the second finger second joint 12B, to set an arbitrary angle θ 20 (S35). Subsequently, the (4) by substituting theta 20 in formula, the left-hand side terms in equation (4) as d 3, to calculate a d 3 (S36). Then, the (4) and the left side of the section d 1 of formula, the absolute value of the difference between the distance R 13 from the center of the actual gripping target object M to the center of the second finger second link 12E, the absolute value Is within a predetermined allowable error e (S37).

その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、θにΔθを加算して(S38)、ステップS36に戻る。ここでのΔθは、α(d−R13)の式によって決定される。また、αは、予め設定された調整ゲインである。一方、ステップS37で絶対値が許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、上記(3)式の左辺の項をdとし、dを計算する(S39)。 As a result, if the absolute value is not within the allowable error e adds the Δθ to θ 2 (S38), the flow returns to step S36. Here, Δθ is determined by the equation α (d 3 −R 13 ). Α is a preset adjustment gain. On the other hand, the absolute value in step S37 is if it is judged to be within the scope of permissible error e, the left term of equation (3) and d 2, to calculate a d 2 (S39).

それから、上記(3)式の左辺の項dが実際の把持対象物体Mの中心から第二指第二リンク12Eの中心までの距離R12よりも大きいか否かを判断する(S40)。その結果、dがR12以下であると判断した場合には、θから所定の角度εを減算して(S41)、ステップS35に戻る。一方、dがR12を超えると判断した場合には、関節角θ,θが決定し、処理を終了する。 Then, equation (3) of the left side of the section d 2 is actually larger it determines whether than gripping target object distance R 12 from the center of M to the center of the second finger second link 12E (S40). As a result, when it is determined that d 2 is equal to or less than R 12 , a predetermined angle ε is subtracted from θ 1 (S41), and the process returns to step S35. On the other hand, if it is determined that d 2 exceeds R 12 , the joint angles θ 1 and θ 2 are determined, and the process ends.

このようにして、掌部16と、第二指12〜第四指14とによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角を生成することができる。   In this way, it is possible to generate a target joint angle when the object to be grasped M is grasped by the palm portion 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14.

[第二指12〜第四指14のみによる把持]
次に、第二指12〜第四指14のみによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角の生成について説明する。図9に示すように、掌部16に沿った直線上の点を座標原点とするx−y座標系を設定する。このx−y座標系上において、それぞれ座標を設定し、把持対象物体Mと第三指13の各リンク13D〜13Fとの幾何関係から、把持対象物体Mの物体中心座標(x,y)と第三指13の関節角θに関する方程式を導出する。
[Grip only by the second finger 12 to the fourth finger 14]
Next, generation of the target joint angle when the object to be grasped M is grasped only by the second finger 12 to the fourth finger 14 will be described. As shown in FIG. 9, an xy coordinate system is set in which a point on a straight line along the palm 16 is a coordinate origin. Coordinates are set on the xy coordinate system, and the object center coordinates (x c , y c) of the gripping target object M are determined from the geometric relationship between the gripping target object M and the links 13D to 13F of the third finger 13. ) And the equation regarding the joint angle θ i of the third finger 13 is derived.

まず、把持対象物体Mの物体中心座標(x,y)の拘束条件を検討する。把持対象物体Mが第三指第一リンク13Dに接触する際には、第三指第一リンク13Dの座標系において、下記(5)式が成り立つ。ここで、(xc1,yc1)は、第三指第一リンク13Dの座標系における把持対象物体Mの中心座標である。 First, the constraint condition of the object center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M is examined. When the gripping target object M contacts the third finger first link 13D, the following equation (5) is established in the coordinate system of the third finger first link 13D. Here, (x c1 , y c1 ) is the center coordinates of the gripping target object M in the coordinate system of the third finger first link 13D.

c1=R11=r+t ・・・(5)
この把持形式においては、指の関節角θを任意に設定することができる。また、手首座標系においては、把持対象物体Mの物体中心座標(x,y)は、下記(6)式として表す2つの式で求めることができる。
x c1 = R 11 = r + t 1 (5)
In this gripping type, it is possible to arbitrarily set the joint angle theta 1 of the finger. In the wrist coordinate system, the object center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M can be obtained by the following two expressions.

=xc1cosθ+yc1sinθ+x10
=−xc1sinθ+yc1cosθ+x10 ・・・(6)
また、第三指第二リンク13Eの回転中心座標(x11,y11)は、下記(7A)、(7B)式によって求めることができる。
x c = x c1 cos θ 1 + y c1 sin θ 1 + x 10
y c = −x c1 sin θ 1 + y c1 cos θ 1 + x 10 (6)
Further, the rotation center coordinates (x 11 , y 11 ) of the third finger second link 13E can be obtained by the following equations (7A) and (7B).

11=x10+L11sinθ ・・・(7A)
11=y10+L11cosθ ・・・(7B)
さらに、第三指第二リンク13Eに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(7)式を導出することができる。なお、θは、第三指第二関節13Bの関節角である。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (7A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (7B)
Furthermore, the following equation (7) can be derived for the third finger second link 13E based on the distance relationship between the point and the straight line. Θ 2 is the joint angle of the third finger second joint 13B.

(x−x11)cos(θ+θ)−(y−y11)sin(θ+θ) ・・・(7)
同様に、第三指第三リンク13Fの回転座標系(x12,y12)は、下記(8A)、(8B)式によって求めることができる。
(X c -x 11) cos ( θ 1 + θ 2) - (y c -y 11) sin (θ 1 + θ 2) ··· (7)
Similarly, the rotation coordinate system (x 12 , y 12 ) of the third finger third link 13F can be obtained by the following equations (8A) and (8B).

12=x11+L12sin(θ+θ) ・・・(8A)
12=y11+L12cos(θ+θ) ・・・(8B)
同じように、第三指第三リンク13Fに対して、点と直線との間の距離関係に基づき、下記(8)式を導出することができる。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (8A)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (8B)
Similarly, the following equation (8) can be derived for the third finger third link 13F based on the distance relationship between the point and the straight line.

(x−x12)cos(θ+2θ)−(y−y12)sin(θ+2θ)=R13 ・・・(8)
これらの(5)式〜(8)式を用いて、第三指13の把持形状を決定することができる。以下、第三指の把持姿勢を決定する手順について、図10に示すフローチャートに沿って説明する。
(X c -x 12) cos ( θ 1 + 2θ 2) - (y c -y 12) sin (θ 1 + 2θ 2) = R 13 ··· (8)
The grip shape of the third finger 13 can be determined using these equations (5) to (8). Hereinafter, the procedure for determining the gripping posture of the third finger will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、上記(5)式に基づいて、第三指第一リンク13Dの座標系における把持対象物体Mの中心x座標xc1を算出する(S51)。次に、第三指第一関節13Aの関節角θを設定する(S52)。ここでの関節角θは、任意の角度に設定することができる。 First, based on the above equation (5), the center x coordinate x c1 of the gripping target object M in the coordinate system of the third finger first link 13D is calculated (S51). Next, to set the joint angle theta 1 of the third finger first joint 13A (S52). Here, the joint angle θ 1 can be set to an arbitrary angle.

続いて、第三指第一リンク13Dの座標系における把持対象物体Mの中心y座標yc1の初期値を設定する(S53)。中心y座標yc1の初期値は、任意の位置に設定することができる。それから、手首座標系における把持対象物体Mの物体中心座標(x,y)を計算する(S54)。手首座標系における把持対象物体Mの物体中心座標(x,y)は、上記(6)式によって求めることができる。 Subsequently, an initial value of the center y coordinate y c1 of the gripping target object M in the coordinate system of the third finger first link 13D is set (S53). The initial value of the center y coordinate y c1 can be set at an arbitrary position. Then, the object center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M in the wrist coordinate system are calculated (S54). The object center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M in the wrist coordinate system can be obtained by the above equation (6).

次に、第三指第二関節13Bの関節角θとして、任意の角度θ02を設定する(S55)。それから、上記(7)式にθ02を代入し、上記(7)式における左辺の項の値をdとして、dを算出する(S56)。続いて、上記(7)式における左辺の項の値をdと、把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離R12との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S57)。その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、θにΔθを加算して(S58)、ステップS56に戻る。 Next, the joint angle theta 2 of the third finger second joint 13B, to set an arbitrary angle θ 02 (S55). Then, by substituting theta 02 in equation (7), the value of the left side terms in equation (7) as d 2, and calculates the d 2 (S56). Subsequently, the value of the left side terms in equation (7) and d 2, the absolute value of the difference between the distance R 12 from the center of the gripping target object M to the center of the third finger second link 13E sought, this It is determined whether or not the absolute value is within a predetermined allowable error e (S57). As a result, if the absolute value is not within the allowable error e adds the Δθ to θ 2 (S58), the flow returns to step S56.

一方、ステップS57で絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、上記(8)式における左辺の項の値をdとして、dを算出する(S59)。続いて、上記(8)式における左辺の項の値をdと、実際の把持対象物体Mの中心から第三指第二リンク13Eの中心までの距離R13との差の絶対値を求め、この絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあるか否かを判断する(S60)。その結果、絶対値が許容誤差eの範囲内にない場合には、yc1にΔyc1を加算して(S61)、ステップS54に戻る。ここでのΔyc1は、β(d−R13)の式によって決定される。また、βは、予め設定された調整ゲインである。 On the other hand, the absolute value in step S57 is if it is determined to be within a predetermined range of tolerance e is the value of the left side terms in equation (8) as d 3, and calculates a d 3 (S59). Subsequently, the value of the left side terms in equation (8) and d 3, from the center of the actual gripping target object M absolute value of the difference between the distances R 13 to the center of the third finger second link 13E determined Then, it is determined whether or not the absolute value is within a predetermined allowable error e (S60). As a result, if the absolute value is not within the allowable error e, Δy c1 is added to y c1 (S61), and the process returns to step S54. Here, Δy c1 is determined by the equation of β (d 3 −R 13 ). Β is a preset adjustment gain.

一方、ステップS60において、絶対値が所定の許容誤差eの範囲内にあると判断した場合には、把持対象物体Mの中心y座標yc1および第三指第二関節13Bの関節角θが決定し、処理を終了する。 On the other hand, if it is determined in step S60 that the absolute value is within the range of the predetermined allowable error e, the center y coordinate y c1 of the object to be grasped M and the joint angle θ 2 of the third finger second joint 13B are determined. Determine and end the process.

また、第二指12および第四指14の関節角は、掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持形式で把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角を生成する方法と同様にして生成することができる。このようにして、第二指12〜第四指14のみによって把持対象物体Mを把持する場合の目標関節角を生成することができる。   Further, the joint angles of the second finger 12 and the fourth finger 14 are a method of generating a target joint angle in the case of gripping the gripping target object M in a gripping manner by the palm portion 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14. It can be generated in the same way. In this way, it is possible to generate a target joint angle when the object to be grasped M is grasped only by the second finger 12 to the fourth finger 14.

[2つのロボットハンドによる把持]
他方、把持対象物体Mが大きく、1つのロボットハンド1では把持できない場合がある。この場合には、2つのロボットハンド部材を用いて、把持対象物体Mを把持することができる。2つのロボットハンド1を用いて把持対象物体Mを把持する際における一方のロボットハンド1の把持姿勢および把持対象物体Mの中心の決定手順は、掌部16および第二指12〜第四指14を用いて把持対象物体Mを把持する場合と同様である。また、他方のロボットハンド1の把持姿勢を算出する際には、上記(2)式〜(4)式、および図8に示す把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートをそのまま適用することができる。
[Grip by two robot hands]
On the other hand, there are cases where the gripping target object M is large and cannot be gripped by one robot hand 1. In this case, the object M to be grasped can be grasped using two robot hand members. The procedure for determining the gripping posture of one robot hand 1 and the center of the gripping target object M when gripping the gripping target object M using the two robot hands 1 is the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14. This is the same as the case of gripping the gripping target object M by using. Further, when calculating the gripping posture of the other robot hand 1, the above formulas (2) to (4) and the flowchart showing the procedure for determining the gripping posture shown in FIG. 8 can be applied as they are.

[把持形式の選択]
次に、把持対象物体Mの寸法に応じて、把持形式を選択して把持姿勢を計算する手順について説明する。把持対象物体Mである円柱の径がある程度の範囲に収まる大きさの場合には、第一指11と第二指12〜第四指14とによって把持できる。この範囲よりも小さくなると、第一指11と第二指12〜第四指14とによっての把持はできず、さらにある範囲までは、掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持が可能となる。さらに小さい範囲となると、それより小さなある範囲までは、第二指12〜第四指14のみによって把持が可能となる。さらにそれよりも小さくなる場合には、ロボットハンド1での包み込み把持が不可能となる。また、円柱の径が、第一指11と第二指12〜第四指14とによって把持対象物体Mを把持できる範囲より大きい場合には、1組のロボットハンド1を用いることによる把持が可能となる。そこで、図11に示す手順によって把持形式を選択し把持形状を算出する。以下の手順で把持形式を決定することにより、好適な把持形式を自動的に選択することができる。
[Select gripping type]
Next, a procedure for selecting a gripping format and calculating a gripping posture according to the size of the gripping target object M will be described. When the diameter of the cylinder that is the object to be grasped M is within a certain range, it can be grasped by the first finger 11 and the second finger 12 to the fourth finger 14. If it is smaller than this range, the first finger 11 and the second finger 12 to the fourth finger 14 cannot be held, and the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14 are used up to a certain range. Grasping is possible. When the range is further smaller, gripping by only the second finger 12 to the fourth finger 14 is possible up to a certain range. When it becomes smaller than that, it is impossible to wrap and hold the robot hand 1. Further, when the diameter of the cylinder is larger than the range in which the object M to be grasped can be grasped by the first finger 11 and the second finger 12 to the fourth finger 14, gripping by using a pair of robot hands 1 is possible. It becomes. Therefore, a gripping format is selected and a gripping shape is calculated according to the procedure shown in FIG. By determining the gripping format according to the following procedure, a suitable gripping format can be automatically selected.

図11は、把持形式を選択して把持姿勢を計算し、把持対象物体Mを把持する手順を示すフローチャートである。図11に示すように、まず、第一指11と第二指12〜第四指14による把持対象物体Mの包み込み把持姿勢を計算する(S71)。この包み込み把持形状とは、図12に示すように、第一指11と第二指12〜第四指14によって把持対象物体Mの包み込むようにして把持する形状をいう。包み込み把持形状を求めるにあたり、把持対象物体Mの中心および第二指12〜第四指14の関節角については、上記(1)式〜(4)式を用いて求めることができる。また、第一指11の関節角についても、同様の算出式によって求めることができる。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure for selecting a gripping format, calculating a gripping posture, and gripping the gripping target object M. As shown in FIG. 11, first, the wrapping and gripping posture of the gripping target object M by the first finger 11 and the second finger 12 to the fourth finger 14 is calculated (S71). As shown in FIG. 12, the enveloping and gripping shape refers to a shape in which the gripping target object M is gripped by the first finger 11 and the second finger 12 to the fourth finger 14. In determining the enveloping grip shape, the center of the gripping object M and the joint angles of the second finger 12 to the fourth finger 14 can be determined using the above equations (1) to (4). Also, the joint angle of the first finger 11 can be obtained by a similar calculation formula.

第一指11〜第四指14の各関節の関節角が求められたら、把持対象物体Mがロボットハンド1に包まれる部分が把持対象物体Mの半分以上であるか否かを判断する(S72)。そのために、この把持形式の妥当性について検討する。把持形式の妥当性の検討は、第一指11および第三指13のそれぞれの指先リンク(第一指第三リンク11F,第三指第三リンク13F)の把持点位置と把持対象物体Mの中心との関係を検討することによって行われる。   When the joint angles of the respective joints of the first finger 11 to the fourth finger 14 are obtained, it is determined whether or not the portion where the gripping target object M is wrapped in the robot hand 1 is more than half of the gripping target object M (S72). ). Therefore, the validity of this gripping form is examined. Examination of the validity of the gripping format is based on the gripping point positions of the fingertip links (the first finger third link 11F and the third finger third link 13F) of the first finger 11 and the third finger 13 and the gripping object M. This is done by examining the relationship with the center.

第一指第三リンク11Fと把持対象物体Mとの接触点を把持点A(x,y)、第三指第三リンク13Fと把持対象物体Mとの接触点を把持点B(x,y)とし、これらの把持点A(x,y)および把持点B(x,y)を求める。先に、第一指第三リンク11Fの把持点A(x,y)の位置について説明する。第一指第三リンク11Fの中心線に平行し、把持対象物体Mの接線になる方程式は、下記(9)式によって表される。 The contact point between the first finger third link 11F and the gripping target object M is the gripping point A (x a , y a ), and the contact point between the third finger third link 13F and the gripping target object M is the gripping point B (x b, and y b), these gripping point a (x a, y a) and the gripping point B (x b, obtaining a y b). First, the position of the gripping point A (x a , y a ) of the first finger third link 11F will be described. An equation that is parallel to the center line of the first finger third link 11F and that is a tangent to the object M to be grasped is expressed by the following equation (9).

y=k(x−x21)+y21′ ・・・(9)
ここで、k=tan(φ+φ
21′=y21+t22/cos(φ+φ
22:第一指第三リンクの厚さの半分
φ:第一指第二関節11Bの関節角
φ:第一指第三関節11Cの関節角
また、把持対象物体Mの断面を示す円の方程式は、下記(10)式によって表される。
y = k 2 (xx 21 ) + y 21 ′ (9)
Here, k 2 = tan (φ 1 + φ 2 )
y 21 ′ = y 21 + t 22 / cos (φ 1 + φ 2 )
t 22 : half the thickness of the first finger third link
φ 1 : joint angle of the first finger second joint 11B
φ 2 : joint angle of the first finger third joint 11C The equation of the circle indicating the cross section of the object M to be grasped is expressed by the following equation (10).

(x−x+(y−y=r ・・・(10)
上記(9)式および(10)式によって、把持点A(x,y)を計算することができる。これらの把持点A(x,y)は、下記(11)式として表す2つの式で求めることができる。
(X-x c) 2 + (y-y c) 2 = r 2 ··· (10)
The gripping point A (x a , y a ) can be calculated by the above equations (9) and (10). These grip points A (x a , y a ) can be obtained by two expressions expressed as the following expression (11).

=(k 21+x−ky′21+k)/(k +1)
=(y′21+k −k21+k)/(k +1) ・・・(11)
第一指第三リンク11Fの把持点A(x,y)は、上記のようにして求めることができる。また、第三指第三リンク13Fの把持点B(x,y)も同様の過程を経ることにより、下記(12)式として表す2つの式で求めることができる。
x a = (k 2 2 x 21 + x c −k 2 y ′ 21 + k 2 y c ) / (k 2 2 +1)
y a = (y ′ 21 + k 2 2 y c −k 2 x 21 + k 2 x c ) / (k 2 2 +1) (11)
The gripping point A (x a , y a ) of the first finger third link 11F can be obtained as described above. Further, the gripping point B (x b , y b ) of the third finger third link 13F can be obtained by the following two expressions expressed by the following expression (12) through the same process.

=(k 12+x−ky′12+k)/(k +1)
=(y′12+k −k12+k)/(k +1) ・・・(12)
ここで、k=tan(0.5π−θ−2θ
12′=y12+t/sin(θ+2θ
こうして、把持点A(x,y)および把持点B(x,y)を求めたら、把持点A(x,y)および把持点B(x,y)および把持対象物体Mの中心点との位置関係に基づいて、下記(13)式を満たすか否かを判断する。
x b = (k 1 2 x 12 + x c −k 1 y ′ 12 + k 1 y c ) / (k 2 2 +1)
y b = (y ′ 12 + k 1 2 y c −k 1 x 12 + k 1 x c ) / (k 2 2 +1) (12)
Here, k 1 = tan (0.5π−θ 1 −2θ 2 )
y 12 ′ = y 12 + t 3 / sin (θ 1 + 2θ 2 )
Thus, the gripping point A (x a, y a) and the gripping point B (x b, y b) After determining the gripping point A (x a, y a) and the gripping point B (x b, y b) and the holding Based on the positional relationship with the center point of the target object M, it is determined whether or not the following expression (13) is satisfied.

(x+x)/2≧x ・・・(13)
上記(13)式を満たさない場合、図13に示すように、把持対象物体Mがロボットハンド1に把持される部分が把持対象物体M全体の半分未満となる。この場合には、把持の状態が不安定なものとなる。したがって、上記(13)式を満たさない場合には、2つのロボットハンド1による(両手での)把持形状を計算する(S73)。その後、2つのロボットハンド1で把持対象物体Mを包み込み把持し(S74)、処理を終了する。
(X a + x b ) / 2 ≧ x c (13)
When the expression (13) is not satisfied, as shown in FIG. 13, the portion where the gripping target object M is gripped by the robot hand 1 is less than half of the entire gripping target object M. In this case, the gripping state becomes unstable. Therefore, when the above equation (13) is not satisfied, the grip shape by the two robot hands 1 (with both hands) is calculated (S73). Thereafter, the object M to be grasped is wrapped and grasped by the two robot hands 1 (S74), and the process is terminated.

一方、ステップS72において、上記(13)式を満たすと判断した場合、第一指11と第三指13との互いの指先が接触するか否かを判断する(S75)。互いの指先が接触するか否かの判断は次のようにして行われる。第一指11および第三指13との幾何的位置関係により、図12に示す第一指11の指先の点D(x,y)および第三指13の指先の点(内側先端点)E(x,y)を、それぞれ下記(14)式および(15)式として表す2つの式で求めることができる。 On the other hand, if it is determined in step S72 that the expression (13) is satisfied, it is determined whether or not the fingertips of the first finger 11 and the third finger 13 are in contact with each other (S75). The determination as to whether or not the fingertips touch each other is made as follows. The fingertip point D (x d , y d ) of the first finger 11 and the fingertip point (inner tip point) of the third finger 13 shown in FIG. ) E (x e , y e ) can be obtained by two expressions represented as the following expressions (14) and (15), respectively.

=x21+L22cos(φ+φ)+t22sin(φ+φ
=y21+L22sin(φ+φ)+t22cos(φ+φ) ・・・(14)
=x12+L13sin(θ+2θ)+tcos(θ+2θ
=y12+L13cos(θ+2θ)−tsin(θ+2θ) ・・・(15)
上記(14)式および(15)式の結果、y>yである場合には、指先が互いに接触することはないと判断することができる。この場合には、第一指11〜第四指14のすべて把持対象物体Mを把持することができる。したがって、第一指11〜第四指14で把持対象物体Mを把持し(S76)、処理を終了する。
x d = x 21 + L 22 cos (φ 1 + φ 2 ) + t 22 sin (φ 1 + φ 2 )
y d = y 21 + L 22 sin (φ 1 + φ 2 ) + t 22 cos (φ 1 + φ 2 ) (14)
x e = x 12 + L 13 sin (θ 1 + 2θ 2 ) + t 3 cos (θ 1 + 2θ 2 )
y e = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) −t 3 sin (θ 1 + 2θ 2 ) (15)
If y e > y d as a result of the above equations (14) and (15), it can be determined that the fingertips do not touch each other. In this case, the gripping target object M can be gripped by all of the first finger 11 to the fourth finger 14. Therefore, the object M to be grasped is grasped with the first finger 11 to the fourth finger 14 (S76), and the process is terminated.

一方、y>yでない場合には、指先が互いに接触すると判断することができる。この場合、掌部16と第一指11以外の指である第二指12〜第四指14による包み込み把持姿勢を計算する(S77)。掌部16と第一指11以外の指である第二指12〜第四指14による包み込み把持形状を計算は、上記(1)式〜(4)式を用いて、たとえば図7および図8に示す手順に沿って行われる。 On the other hand, when y e > y d is not satisfied, it can be determined that the fingertips are in contact with each other. In this case, the wrapping and gripping posture by the second finger 12 to the fourth finger 14, which are fingers other than the palm portion 16 and the first finger 11, is calculated (S77). The calculation of the enveloping grip shape by the second finger 12 to the fourth finger 14, which is a finger other than the palm 16 and the first finger 11, is performed using the above equations (1) to (4), for example, FIG. 7 and FIG. It is performed according to the procedure shown in.

包み込み把持姿勢の計算を行った結果、求められた把持姿勢において、掌部16と第三指13の指先が接触するか否かを判断する(S78)。掌部16と第三指13の指先が接触するか否かは、次のようにして判断することができる。   As a result of the calculation of the wrapped gripping posture, it is determined whether or not the palm 16 and the fingertip of the third finger 13 are in contact with each other in the determined gripping posture (S78). Whether or not the palm 16 and the fingertip of the third finger 13 are in contact can be determined as follows.

図14に示すように、第三指13の指先には、先端点として、内側先端点E(x,y)および外側先端点F(x,y)とがある。これらの内側先端点E(x,y)および外側先端点F(x,y)のうち、内側先端点E(x,y)は上記(15)式で求めることができ、外側先端点F(x,y)は下記(16)式で算出することができる。 As shown in FIG. 14, the fingertip of the third finger 13 has an inner tip point E (x e , y e ) and an outer tip point F (x f , y f ) as tip points. Among these inner tip point E (x e , y e ) and outer tip point F (x f , y f ), the inner tip point E (x e , y e ) can be obtained by the above equation (15). The outer tip point F (x f , y f ) can be calculated by the following equation (16).

=x12+L13sin(θ+2θ)−tcos(θ+2θ
=y12+L13cos(θ+2θ)+tsin(θ+2θ) ・・・(16)
いま、X方向において、x≧x10+tおよびx≧x10+tが成立する場合には、掌部16と第三指13とは接触しないことになる。この場合には、掌部16および第二指12〜第四指14によって把持対象物体Mを包み込み把持する(S79)。
x f = x 12 + L 13 sin (θ 1 + 2θ 2 ) −t 3 cos (θ 1 + 2θ 2 )
y f = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) + t 3 sin (θ 1 + 2θ 2 ) (16)
Now, in the X direction, when x e ≧ x 10 + t 0 and x f ≧ x 10 + t 0 are established, the palm 16 and the third finger 13 are not in contact with each other. In this case, the object to be grasped M is wrapped and grasped by the palm portion 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14 (S79).

一方、x≧x10+tと、x≧x10+tの少なくとも一方が成立しない場合には、掌部16と第三指13とが接触してしまうことから、掌部16と第二指12〜第四指14によって把持対象物体Mを把持することができない。この場合には、第二指12〜第四指14のみによる包み込み把持姿勢を計算する(S80)。第二指12〜第四指14による包み込み把持姿勢の計算は、上記(5)式〜(8)式を用いて、たとえば図10に示す手順に沿って行われる。 On the other hand, if at least one of x e ≧ x 10 + t 0 and x f ≧ x 10 + t 0 does not hold, the palm portion 16 and the third finger 13 will come into contact with each other. The object M to be grasped cannot be grasped by the second finger 12 to the fourth finger 14. In this case, the wrapping and gripping posture with only the second finger 12 to the fourth finger 14 is calculated (S80). The calculation of the wrapping and gripping posture by the second finger 12 to the fourth finger 14 is performed, for example, according to the procedure shown in FIG. 10 using the above equations (5) to (8).

それから、第二指12〜第四指14による包み込み把持姿勢を計算した結果、解があるか否かを判断する(S81)。その結果、解がある場合には、第二指12〜第四指14による包み込み把持形式で把持対象物体Mを把持する(S82)。一方、解がない場合には、把持不可能と判断する(S83)。こうして、処理を終了する。   Then, it is determined whether or not there is a solution as a result of calculating the wrapping and gripping posture with the second finger 12 to the fourth finger 14 (S81). As a result, if there is a solution, the object M to be grasped is grasped in the form of wrapping grasping by the second finger 12 to the fourth finger 14 (S82). On the other hand, if there is no solution, it is determined that gripping is impossible (S83). Thus, the process ends.

〔把持対象物体Mが直方体である場合〕
次に、把持対象物体Mが割り当てられたモデル形状が直方体形状である場合について説明する。モデル形状が直方体形状である場合、まず、割り当てられた直方体形状の寸法に基づいて、把持対象物体Mの把持形式を検討する。把持形式としては、第一指11〜第四指14による把持のほか、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持が考えられる。ここでは、掌部16と、第二指12〜第四指14とによる把持、第二指12〜第四指14のみによる把持、および2つのロボットハンドによる把持方法について説明する。また、これらの把持形式の選択方法については、後に説明する。
[When gripping object M is a rectangular parallelepiped]
Next, the case where the model shape to which the gripping target object M is assigned is a rectangular parallelepiped shape. When the model shape is a rectangular parallelepiped shape, first, a grasping format of the grasping target object M is examined based on the dimension of the assigned rectangular parallelepiped shape. As a grip type, in addition to gripping with the first finger 11 to the fourth finger 14, gripping with the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14, gripping with only the second finger 12 to the fourth finger 14, In addition, grasping by two robot hands can be considered. Here, a gripping method using the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14, a gripping operation using only the second finger 12 to the fourth finger 14, and a gripping method using two robot hands will be described. A method for selecting these gripping formats will be described later.

[掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持]
ここでは、図15(a)に示すように、把持対象物体MのX方向の長さ(以下「把持対象物体の広さ」という)L、Y方向の長さ(高さ、以下「把持対象物体の高さ」という)Hとして考える。また、把持対象物体Mの広さLは、把持対象物体Mの高さH以上として考える。図15(b)に示すように、把持対象物体Mの広さLが、下記(17)式として示す式が成り立つ場合、掌部16と第二指12〜第四指14による把持形式に適用することができる。
[Holding with Palm 16 and Second Finger 12 to Fourth Finger 14]
Here, as shown in FIG. 15A, the length of the gripping target object M in the X direction (hereinafter referred to as “the width of the gripping target object”) L, the length in the Y direction (height, hereinafter referred to as “the gripping target object”). Think of it as H). Further, the width L of the gripping target object M is considered to be greater than or equal to the height H of the gripping target object M. As shown in FIG. 15B, when the width L of the gripping target object M satisfies the formula shown as the following formula (17), it is applied to a gripping mode using the palm portion 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14. can do.

11−t−L<L<L11−t−t ・・・(17)
ここで、L:第二指第三リンク12Fの先端が第二指第一リンク12Dに接触するときの第二指第三リンク12Fの先端から第二指第二関節12Bの回転中心までの距離
掌部16と第二指12〜第四指14とによる把持は、把持対象物体Mの高さHにより2つの把持方法がある。以下にその2つの方法について説明する。
L 11 −t 0 −L a <L <L 11 −t 0 −t 2 (17)
Here, L a : From the tip of the second finger third link 12F when the tip of the second finger third link 12F contacts the second finger first link 12D to the rotation center of the second finger second joint 12B Distance Grasping by the palm 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14 has two gripping methods depending on the height H of the gripping target object M. The two methods will be described below.

[掌部16と第二指12〜第四指14とによる第一の把持方法]
掌部16と第二指12〜第四指14とによる第一の把持方法では、図16に示すように、掌部16に沿わせて把持対象物体Mを配置するとともに、第二指第一リンク12Dの側面および第二指第三リンク12Fの側面を把持対象物体Mに接触させて、把持対象物体Mを把持する。第一の方法では、下記(18)式が成り立つ際に、把持対象物体Mを把持することができる。
[First grasping method using palm 16 and second finger 12 to fourth finger 14]
In the first gripping method using the palm part 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14, as shown in FIG. 16, the gripping target object M is arranged along the palm part 16 and the second finger first The side surface of the link 12D and the side surface of the second finger third link 12F are brought into contact with the gripping target object M, and the gripping target object M is gripped. In the first method, the gripping target object M can be gripped when the following expression (18) holds.

H>L12−t−t ・・・(18)
次に、把持対象物体Mと第二指12の各リンクとの幾何関係により、把持対象物体Mの中心座標(x、y)と第二指12の関節角θiの決定手順について説明する。把持対象物体Mを掌部16に接触させるにあたり、X方向における把持対象物体Mの中心座標xは、下記(19)式で表すことができる。
H> L 12 −t 1 −t 3 (18)
Next, a procedure for determining the center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M and the joint angle θ i of the second finger 12 based on the geometric relationship between the gripping target object M and each link of the second finger 12 will be described. To do. The gripping target object M Upon contacting the palm portion 16, the center coordinates x c of the gripping target object M in the X direction can be expressed by the following equation (19).

=x10+L/2+t ・・・(19)
一方、Y方向における把持対象物体Mの中心座標yは、下記(19S)式で表す範囲内となる。
x c = x 10 + L / 2 + t 0 (19)
On the other hand, the center coordinate y c of the gripping target object M in the Y direction is within the range represented by the following equation (19S).

≦y10−H/2−t ・・・(19S)
次に、第二指第一関節12Aの関節角θを決定する。把持対象物体Mと第二指第一リンク12Dとの接触点B(x,y)から第二指第一リンク12Dの中心線までの距離は、下記(2)式で表すことができる。
y c ≦ y 10 −H / 2−t 1 (19S)
Next, the joint angle θ 1 of the second finger first joint 12A is determined. The distance from the contact point B (x b , y b ) between the gripping object M and the second finger first link 12D to the center line of the second finger first link 12D can be expressed by the following equation (2). .

(x−x10)cosθ−(y−y10)sinθ=t ・・・(20)
さらに、第二指第二関節12Bの関節角θを決定する。第二指第二関節12Bの回転中心座標(x11,y11)は、下記(21A),(21B)式で表すことができる。
(X b −x 10 ) cos θ 1 − (y b −y 10 ) sin θ 1 = t 1 (20)
Further, the joint angle θ 2 of the second finger second joint 12B is determined. The rotation center coordinates (x 11 , y 11 ) of the second finger second joint 12B can be expressed by the following equations (21A) and (21B).

11=x10+L11sinθ ・・・(21A)
11=y10+L11cosθ ・・・(21B)
同様に、第二指第三関節12Cの回転中心座標(x12,y12)は、下記(21C),(21D)式で表すことができる。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (21A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (21B)
Similarly, the rotation center coordinates (x 12 , y 12 ) of the second finger third joint 12C can be expressed by the following equations (21C) and (21D).

12=x11+L12sin(θ+θ) ・・・(21C)
12=y11+L12cos(θ+θ) ・・・(21D)
第二指第三リンク12Fに対して、把持対象物体Mと第二指第一リンク12Dとの接触点Bの直下位置にある把持対象物体Mの角点A(x,y)から第二指第三リンク12Fまでの距離は、下記(21)式で表すことができる。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (21C)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (21D)
With respect to the second finger third link 12F, the second point from the corner point A (x a , y a ) of the gripping target object M located immediately below the contact point B between the gripping target object M and the second finger first link 12D. The distance to the second finger third link 12F can be expressed by the following equation (21).

(x−x12)cos(θ+2θ)−(y−y12)sin(θ+2θ)=t ・・・(21)
上記(21)式を用いて、第二指第二関節12Bの関節角θを求める。また、第三指13および第四指14の各関節角についても、第二指12の関節角を求めるのと同様にして求めることができる。このようにして、第二指12〜第四指14の把持姿勢を求めることができる。
(X a −x 12 ) cos (θ 1 + 2θ 2 ) − (y a −y 12 ) sin (θ 1 + 2θ 2 ) = t 3 (21)
Using the above equation (21) obtains the joint angle theta 2 of the second finger second joint 12B. Further, the joint angles of the third finger 13 and the fourth finger 14 can be obtained in the same manner as the joint angle of the second finger 12 is obtained. In this way, the holding posture of the second finger 12 to the fourth finger 14 can be obtained.

[掌部16と第二指12〜第四指14とによる第二の把持方法]
掌部16と第二指12〜第四指14とによる第二の把持方法では、図17に示すように、掌部16に沿わせて把持対象物体Mを配置するとともに、第二指第一リンク12Dの側面および第二指第三リンク12Fの先端を把持対象物体Mに接触させて、把持対象物体Mを把持する。第二の方法では、下記(22)式として示す式が成り立つ際に、把持対象物体Mを把持することができる。
[Second Gripping Method Using Palm 16 and Second Finger 12 to Fourth Finger 14]
In the second gripping method using the palm part 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14, as shown in FIG. 17, the gripping target object M is arranged along the palm part 16 and the second finger first The side surface of the link 12D and the tip of the second finger third link 12F are brought into contact with the gripping target object M to grip the gripping target object M. In the second method, the gripping target object M can be gripped when the following formula (22) is satisfied.

H≦L12−t−t ・・・(22)
また、把持対象物体Mの中心座標(x、y)および第二指第一関節12Aの関節角θの決定手順は、上記第一の方法と同一である。さらに、第二指第二関節12Bの関節角θの決定手順を以下に説明する。
H ≦ L 12 −t 1 −t 3 (22)
The procedure for determining the center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M and the joint angle θ 1 of the second finger first joint 12A is the same as the first method. Further, describing the procedure for determining the joint angle theta 2 of the second finger second joint 12B below.

第二指第三リンク12Fの内側先端点E(x,y)の位置は、下記(23)式として示す2つの式によって表すことができる。 The position of the inner front end point E (x e , y e ) of the second finger third link 12F can be expressed by two expressions shown as the following expression (23).

=x12+L13sin(θ+2θ
=y12+L13cos(θ+2θ) ・・・(23)
上記(23)式におけるyが満たされる際に、第二指第三リンク12Fの内側先端点E(x,y)が把持対象物体Mに接触すると考えられる。したがって、下記(24)式によって、第二指第二関節12Bの関節角θを求めることができる。
x e = x 12 + L 13 sin (θ 1 + 2θ 2 )
y e = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) (23)
When y e in the above equation (23) is satisfied, it is considered that the inner front end point E (x e , y e ) of the second finger third link 12F comes into contact with the grasped object M. Therefore, the joint angle θ 2 of the second finger second joint 12B can be obtained by the following equation (24).

=y12+L13cos(θ+2θ)=y−H/2+t/sin(θ+2θ) ・・・(24)
続いて、第二指第二リンク12Eが把持対象物体Mと接触するか否かについて検討する。図17に示すように、把持対象物体Mにおける角点A(x,y)は、第二指第二リンク12Eと最も接触し易い部位である。この角点A(x,y)から第二指第二リンク12Eの中心までの距離dは下記(25)式で表すことができる。
y e = y 12 + L 13 cos (θ 1 + 2θ 2 ) = y c −H / 2 + t 3 / sin (θ 1 + 2θ 2 ) (24)
Subsequently, it is examined whether or not the second finger second link 12E is in contact with the gripping target object M. As shown in FIG. 17, the corner point A (x a , y a ) in the gripping target object M is a part that is most likely to come into contact with the second finger second link 12E. A distance d from the corner point A (x a , y a ) to the center of the second finger second link 12E can be expressed by the following equation (25).

d=(x−x11)cos(θ+θ)−(y−y11)sin(θ+θ) ・・・(25)
上記(25)式で求めた距離dが第二指第二リンク12Eの幅の半分tよりも大きい場合には、第二指第二リンク12Eは把持対象物体Mに接触することはない。逆に、上記(25)式で求めた距離dが第二指第二リンク12Eの幅の半分t以下である場合には、第二指第二リンク12Eは把持対象物体Mに接触することになる。このときに、第二指第一リンク12Dと第二指第二リンク12Eを把持対象物体Mに接触させて包み込み把持する。そして、下記(26)式によって、第二指第二関節12Bの関節角θ2を求め、第二指12の把持姿勢を算出することができる。
d = (x a −x 11 ) cos (θ 1 + θ 2 ) − (y a −y 11 ) sin (θ 1 + θ 2 ) (25)
The distance d calculated in the above (25) equation is greater than half t 2 of the width of the second finger second link 12E is never second finger second link 12E in contact with the gripping target object M. Conversely, when the distance d calculated in the above (25) is half t 2 following the width of the second finger second link 12E, it is the second finger second link 12E in contact with the gripping target object M become. At this time, the second finger first link 12 </ b> D and the second finger second link 12 </ b> E are brought into contact with the object to be grasped M and wrapped and grasped. Then, the joint angle θ2 of the second finger second joint 12B can be obtained by the following equation (26), and the gripping posture of the second finger 12 can be calculated.

(x−x11)cos(θ+θ)−(y−y11)sin(θ+θ)=t ・・・(26)
また、第三指13および第四指14の各関節角についても、第二指12の関節角を求めるのと同様にして求めることができる。このようにして、第二指12〜第四指14の把持姿勢を求めることができる。
(X a −x 11 ) cos (θ 1 + θ 2 ) − (y a −y 11 ) sin (θ 1 + θ 2 ) = t 2 (26)
Further, the joint angles of the third finger 13 and the fourth finger 14 can be obtained in the same manner as the joint angle of the second finger 12 is obtained. In this way, the holding posture of the second finger 12 to the fourth finger 14 can be obtained.

[第二指12〜第四指14のみによる把持]
第二指12〜第四指14のみによる把持では、図18に示すように、第二指第一リンク12Dの側面に沿わせて把持対象物体Mを配置するとともに、第二指第二リンク12Eの側面および第二指第三リンク12Fの側面を把持対象物体Mに接触させて、把持対象物体Mを把持する。把持対象物体Mの広さLが下記(27)式に示す条件を満たす際、第二指12〜第四指14のみによる把持を行うことができる。
[Grip only by the second finger 12 to the fourth finger 14]
In gripping with only the second finger 12 to the fourth finger 14, as shown in FIG. 18, the gripping object M is arranged along the side surface of the second finger first link 12D, and the second finger second link 12E. And the side surface of the second finger third link 12F are brought into contact with the gripping target object M to grip the gripping target object M. When the width L of the gripping target object M satisfies the condition shown in the following formula (27), gripping with only the second finger 12 to the fourth finger 14 can be performed.

L≦L11−t−L ・・・(27)
ここでは、まず把持対象物体Mの中心座標(x,y)の拘束条件を検討する。把持対象物体Mを第二指第一リンク12Dに接触させるため、第二指第一リンク12Dに座標系において、下記(28)式が成り立つ。第二指第一リンク12Dに座標系における物体の中心座標は(xc1,yc1)である。
L ≦ L 11 −t 0 −L a (27)
Here, the constraint condition of the center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M is first examined. In order to bring the gripping target object M into contact with the second finger first link 12D, the following equation (28) is established in the coordinate system of the second finger first link 12D. The center coordinates of the object in the coordinate system of the second finger first link 12D are (x c1 , y c1 ).

c1=H/2+t ・・・(28)
第二指12〜第四指14のみによる把持では、第二指第一関節12Aの関節角θは、任意の角度に設定することができる。また、手首系座標系において、把持対象物体Mの中心座標(x,y)は、下記(29)式として示す2つの式によって表される。
x c1 = H / 2 + t 1 (28)
The gripping by only the second finger 12 to the fourth finger 14, the joint angle theta 1 of the second finger first joint 12A can be set to any angle. In the wrist coordinate system, the center coordinates (x c , y c ) of the gripping target object M are expressed by the following two expressions.

=xc1cosθ+yc1sinθ+x10
=−xc1sinθ+yc1cosθ+y10 ・・・(29)
また、第二指第二リンク12Eの回転中心座標(x11,y11)は、下記(30A)式および(30B)式によって求めることができる。
x c = x c1 cos θ 1 + y c1 sin θ 1 + x 10
y c = −x c1 sin θ 1 + y c1 cos θ 1 + y 10 (29)
The rotation center coordinates of the second finger second link 12E (x 11, y 11) can be obtained by the following (30A) formula and (30B) expression.

11=x10+L11sinθ ・・・(30A)
11=y10+L11cosθ ・・・(30B)
さらに、把持対象物体Mにおける角点Bから第二指第二リンク12Eの中心までの距離と第二指第二リンク12Eの幅の半分tとの関係から、下記(30)式が成り立つ。
x 11 = x 10 + L 11 sin θ 1 (30A)
y 11 = y 10 + L 11 cos θ 1 (30B)
Furthermore, the relationship between the half t 2 of the distance from the corner point B in gripping target object M to the center of the second finger second link 12E and the width of the second finger second link 12E, the following equation (30) holds.

(x−x11)cos(θ+θ)−(y−y11)sin(θ+θ)=t ・・・(30)
また、第二指第三リンク12Fの回転中心座標(x12,y12)は、下記(31A)式および(31B)式によって求めることができる。
(X b -x 11) cos ( θ 1 + θ 2) - (y b -y 11) sin (θ 1 + θ 2) = t 2 ··· (30)
Further, the rotation center coordinates (x 12 , y 12 ) of the second finger third link 12F can be obtained by the following equations (31A) and (31B).

12=x11+L12sin(θ+θ) ・・・(31A)
12=y11+L12cos(θ+θ) ・・・(31B)
さらに、把持対象物体Mにおける角点Aから第三リンク12Fの中心までの距離と第二指第三リンク12Fの幅の半分tとの関係から、下記(31)式が成り立つ。
x 12 = x 11 + L 12 sin (θ 1 + θ 2 ) (31A)
y 12 = y 11 + L 12 cos (θ 1 + θ 2 ) (31B)
Furthermore, the relationship between the corner point A in gripping target object M and half t 3 of the distance to the center of the third link 12F width of the second finger third link 12F, the following equation (31) holds.

(x−x12)cos(θ+2θ)−(y−y12)sin(θ+2θ)=t ・・・(31)
上記(28)式〜(31)式を用いて、第二指12の把持姿勢を決定することができる。まず、上記(28)式から第二指第一リンク12Dの座標系における把持対象物体Mの中心x座標xc1を求める。次に、第二指第一関節12Aの関節角θを任意の角度に設定する。それから、第二指第一リンク12Dの座標系における把持対象物体Mの中心y座標yc1を探索変数として、任意の初期値から出発し、(29)式〜(31)式を用いて、第二指第二関節12Bの関節角θ、手首系座標系における把持対象物体Mの中心座標(x,y)を求めることができる。
(X a −x 12 ) cos (θ 1 + 2θ 2 ) − (y a −y 12 ) sin (θ 1 + 2θ 2 ) = t 3 (31)
The holding posture of the second finger 12 can be determined using the equations (28) to (31). First, the center x coordinate x c1 of the gripping target object M in the coordinate system of the second finger first link 12D is obtained from the above equation (28). Next, to set the joint angle theta 1 of the second finger first joint 12A at an arbitrary angle. Then, using the center y coordinate y c1 of the gripping target object M in the coordinate system of the second finger first link 12D as a search variable, starting from an arbitrary initial value, and using the equations (29) to (31), The joint angle θ 2 of the second finger second joint 12B and the center coordinates (x c , y c ) of the object to be grasped M in the wrist coordinate system can be obtained.

また、第三指13および第四指14については、第二指12と同様の手順によって把持姿勢を求めることができる。このようにして、第二指12〜第四指14のみによって、把持対象物体Mを把持する際の把持姿勢を求めることができる。   For the third finger 13 and the fourth finger 14, the gripping posture can be obtained by the same procedure as that for the second finger 12. In this way, it is possible to obtain the gripping posture when gripping the gripping target object M with only the second finger 12 to the fourth finger 14.

[2つのロボットハンドによる把持]
把持対象物体Mの広さLおよび高さHが下記(32)式として示す2つの式の条件を満たす際、2つのロボットハンドによる把持を行う。
[Grip by two robot hands]
When the width L and the height H of the gripping target object M satisfy the conditions of the two formulas shown as the following formula (32), gripping is performed by two robot hands.

L≧L11−t−t
H≧H+L11−t01−t ・・・(32)
ここで、H:Y方向における第一指11の根元から第二指12の根元までの距離
01:第一指第二リンク11Eの幅(=第一指第三リンク11Fの幅)の半分
2つのロボットハンドで把持対象物体Mを把持する場合、把持対象物体Mの位置および姿勢に応じて、2つのロボットハンドにおける手首の位置および姿勢を決定することができる。また、ロボットハンド1の把持形状はその初期形状となる。このようにして、2つのロボットハンドによって把持対象物体Mを把持することができる。
L ≧ L 11 −t 0 −t 2
H ≧ H 0 + L 11 −t 01 −t 2 (32)
Here, H 0 : distance from the root of the first finger 11 to the root of the second finger 12 in the Y direction t 01 : the width of the first finger second link 11E (= the width of the first finger third link 11F) Half When gripping target object M is gripped by two robot hands, the position and orientation of the wrist in the two robot hands can be determined according to the position and orientation of gripping target object M. Further, the gripping shape of the robot hand 1 is its initial shape. In this way, the object M to be grasped can be grasped by the two robot hands.

[把持形式の選択]
次に、把持対象物体Mの寸法に応じて、把持形式を選択して把持形状を計算する手順について説明する。把持対象物体Mが円柱である場合と同様、把持対象物体Mの広さLおよび高さHの各寸法に基づいて把持形式を選択することができる。以下、図19を参照して把持形式の選択手順について説明する。以下の手順で把持形式を決定することにより、好適な把持形式を自動的に選択することができる。
[Select gripping type]
Next, a procedure for selecting a gripping format and calculating a gripping shape according to the size of the gripping target object M will be described. As in the case where the gripping target object M is a cylinder, the gripping format can be selected based on the dimensions of the width L and the height H of the gripping target object M. Hereinafter, the procedure for selecting the gripping format will be described with reference to FIG. By determining the gripping format according to the following procedure, a suitable gripping format can be automatically selected.

図19は、把持形式を選択して把持姿勢を計算し、把持対象物体Mを把持する手順を示すフローチャートである。図19に示すように、把持形式を選択する際には、まず、図1に示す画像認識装置2によって画像認識による把持対象物体Mの寸法を認識する(S91)。次に、認識された把持対象物体Mの寸法が、上記(32)式で示す2式のうちの一方であるL≧L11−t−tを満たすか否かを判断する(S92)。 FIG. 19 is a flowchart showing a procedure for selecting a gripping format, calculating a gripping posture, and gripping the gripping target object M. As shown in FIG. 19, when selecting the gripping format, first, the dimensions of the gripping target object M by image recognition are recognized by the image recognition device 2 shown in FIG. 1 (S91). Next, it is determined whether or not the recognized size of the gripping target object M satisfies L ≧ L 11 −t 0 −t 2 , which is one of the two formulas represented by the above formula (32) (S 92). .

その結果、L≧L11−t−tを満たすと判断した場合には、下記(33)式を満たすか否かを判断する(S93)。 As a result, when it is determined that L ≧ L 11 −t 0 −t 2 is satisfied, it is determined whether or not the following expression (33) is satisfied (S 93).

−t10−t<H< H+L11−t10−t ・・・(33)
その結果、上記(S33)式を満たすと判断した場合には、2つのロボットハンドを用いることなく、第一指11〜第四指14を用いた包み込み把持が可能である。したがって、第一指11〜第四指14を用いた包み込み把持を行う(S94)。一方、上記(33)式を満たさないと判断した場合には、1つのロボットハンドでは包み込み把持を行うことができない。このため、上記(33)式を満たさないと判断した場合には2つのロボットハンドを用いた包み込み把持を行う(S95)。
H 0 −t 10 −t 2 <H <H 0 + L 11 −t 10 −t 2 (33)
As a result, when it is determined that the expression (S33) is satisfied, enveloping and gripping using the first finger 11 to the fourth finger 14 is possible without using two robot hands. Therefore, wrapping and gripping is performed using the first finger 11 to the fourth finger 14 (S94). On the other hand, when it is determined that the above expression (33) is not satisfied, the single robot hand cannot be wrapped and held. For this reason, when it is determined that the above equation (33) is not satisfied, the wrapping and gripping using two robot hands is performed (S95).

また、ステップS92において、L≧L11−t−tを満たさないと判断した場合には、上記(27)式を満たすか否かを判断する(S96)。その結果、上記(27)式を満たさないと判断した場合には、上記(18)式を満たすか否かを判断する(S97)。その結果、上記(18)式を満たすと判断した場合には、掌部16と第二指12〜第四指14とによる第一の把持方法で包み込み把持を行い(S98)、満たさないと判断した場合には、掌部16と第二指12〜第四指14とによる第二の把持方法で包み込み把持を行う(S99)。 If it is determined in step S92 that L ≧ L 11 −t 0 −t 2 is not satisfied, it is determined whether or not the above equation (27) is satisfied (S96). As a result, when it is determined that the expression (27) is not satisfied, it is determined whether or not the expression (18) is satisfied (S97). As a result, when it is determined that the expression (18) is satisfied, wrapping and holding is performed by the first holding method using the palm portion 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14 (S98), and it is determined that the expression is not satisfied. In such a case, wrapping and gripping are performed by the second gripping method using the palm portion 16 and the second finger 12 to the fourth finger 14 (S99).

さらに、ステップS96で上記(27)式を満たすと判断した場合には、第二指12〜第四指14のみによる把持による把持形式によって把持形状(把持姿勢)を計算し(S100)、解があるか否かを判断する(S101)。その結果、解があると判断した場合には、求められた解に基づいて、第二指12〜第四指14のみによる把持を行う。一方、解がないと判断した場合には、把持不可能であると判断する(S102)。このようにして、処理を終了する。   Further, when it is determined in step S96 that the above expression (27) is satisfied, the grip shape (grip posture) is calculated according to the grip form by gripping with only the second finger 12 to the fourth finger 14 (S100), and the solution is It is determined whether or not there is (S101). As a result, when it is determined that there is a solution, gripping with only the second finger 12 to the fourth finger 14 is performed based on the obtained solution. On the other hand, if it is determined that there is no solution, it is determined that gripping is impossible (S102). In this way, the process ends.

以上のように、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置では、指が連動関節を有する場合および連動関節を有しない場合のいずれにおいても、把持対象物体Mの形状に応じて目標関節角を設定することによって指の把持姿勢を算出し、把持対象物体Mを把持するようにしている。   As described above, in the grip control device for the robot hand according to the present embodiment, the target joint angle is set according to the shape of the gripping target object M regardless of whether the finger has an interlocked joint or not. By setting, the gripping posture of the finger is calculated and the gripping target object M is gripped.

上記特許文献2に開示されたロボットハンドでは、ロボットハンドで把持対象物体Mを把持するために、適切な把持位置を算出するものではある。ところが、ハンドを正確な把持位置に到達させたとしても、指の各能動関節を協調的に動作させなければ、必ずしも安定した包み込み把持をすることができるとは限らない。   In the robot hand disclosed in Patent Document 2, an appropriate gripping position is calculated in order to grip the gripping target object M with the robot hand. However, even if the hand reaches an accurate gripping position, stable wrapping and gripping is not always possible unless the active joints of the fingers are operated cooperatively.

これに対して、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置では、最多把持接触点を持つ包み込み把持の条件を導出した上で、事前に各指の各関節の目標位置を算出するようにしている。このため、ロボットハンドによって把持対象物体Mを確実に把持することができる。   In contrast, the robot hand gripping control device according to the present embodiment calculates the target position of each joint of each finger in advance after deriving the enveloping gripping condition having the most gripping contact points. Yes. For this reason, the object M to be grasped can be reliably grasped by the robot hand.

また、上記実施形態に係るロボットハンドの把持制御装置では、予め定義された複数のモデル形状と、このモデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた接触条件を記憶している。そして、認識した把持対象物体Mの形状に対していずれかのモデル形状を割り当て、割り当てたモデル形状と、掌部16および第二指11〜第四指14との接触条件を満たす把持姿勢を算出している。このため、第二指11〜第四指14によって物体を倒したり、損傷したりする危険性が低く、把持対象物体Mを確実に把持することができる。   In the robot hand gripping control apparatus according to the embodiment, a plurality of predefined model shapes and contact conditions determined from the constraint conditions of the robot hand with respect to the model shapes are stored. Then, any model shape is assigned to the recognized shape of the gripping target object M, and a gripping posture that satisfies the contact condition between the allocated model shape and the palm portion 16 and the second finger 11 to the fourth finger 14 is calculated. is doing. For this reason, there is a low risk of falling or damaging the object with the second finger 11 to the fourth finger 14, and the gripping target object M can be reliably gripped.

さらに、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御方法では、物体のサイズが把持可能の範囲にあれば、任意のサイズに対応することができる。しかも、本実施形態では、物体形状を円柱、球、直方体の3種類に分けてそれぞれの包み込み把持の目標計算を行っている。このため、三次元物体の包み込み把持を確実に行うことができる。   Furthermore, in the robot hand gripping control method according to the present embodiment, any size can be handled as long as the size of the object is within a grippable range. In addition, in the present embodiment, the target shape of each enveloping and gripping is calculated by dividing the object shape into three types: a cylinder, a sphere, and a rectangular parallelepiped. For this reason, it is possible to reliably wrap and hold the three-dimensional object.

しかも、本実施形態に係るロボットハンドの把持制御方法では、各指が同時に把持対象物体Mの表面に到着するようにしている。このため、先に把持対象物体Mに到達した指が把持対象物体Mに到達して把持対象物体Mを動かしたり、倒したり、損傷したりといった事態を防止することができる。   Moreover, in the robot hand gripping control method according to the present embodiment, each finger arrives at the surface of the gripping target object M at the same time. For this reason, it is possible to prevent a situation in which the finger that has reached the gripping target object M first reaches the gripping target object M to move, defeat, or damage the gripping target object M.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではないた。たとえば、上記実施形態では、モデル形状として、直方体、円柱、球を設定しているが、そのほか、たとえばコップの取っ手となるリングなど、ロボットが把持する可能性が比較的高いものを大まかに分類して設定することができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, a rectangular parallelepiped, a cylinder, or a sphere is set as the model shape, but in addition, those that are relatively likely to be gripped by the robot, such as a ring that is a handle of a cup, are roughly classified. Can be set.

また、上記実施形態において、連動関節を有する指と連動関節を有しない指とを例に挙げて説明したが、連動関節を有する指を用いた場合には、連動関節を有しない指を用いた場合と比較して、連動化によってアクチュエータの個数を削減することができるというメリットがある。また、アクチュエータの個数の削減に伴い、全体としての制御を簡素化することができるとともに、連動関節の体格を小さくすることができる。   In the above embodiment, a finger having an interlocking joint and a finger not having an interlocking joint are described as examples. However, when a finger having an interlocking joint is used, a finger having no interlocking joint is used. Compared to the case, there is an advantage that the number of actuators can be reduced by interlocking. Further, as the number of actuators is reduced, the overall control can be simplified and the size of the interlocking joint can be reduced.

さらに、上記実施形態では、物体形状認識装置と物体位置認識装置として、画像処理装置を用いているが、これに限定されず、種々のものを用いることができる。たとえば、物体形状認識装置としては、物体に光を投射し、その反射光から形状を推定するものなどを用いることができる。また、物体位置認識装置としては、たとえば物体の形状を画像から認識し、物体の位置を超音波などで検出するものを用いることもできる。   Furthermore, in the above-described embodiment, an image processing device is used as the object shape recognition device and the object position recognition device. However, the present invention is not limited to this, and various devices can be used. For example, as the object shape recognition device, a device that projects light onto an object and estimates the shape from the reflected light can be used. Further, as the object position recognition device, for example, a device that recognizes the shape of an object from an image and detects the position of the object with an ultrasonic wave or the like can be used.

ロボットハンドの把持制御装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the holding | grip control apparatus of a robot hand. ロボットハンドの側面図である。It is a side view of a robot hand. ロボットハンドの正面図である。It is a front view of a robot hand. 円柱を把持する状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which hold | grips a cylinder. ロボットハンドの把持制御装置の制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of the holding | grip control apparatus of a robot hand. 掌部材と第二指〜第四指で円柱を把持する状態の側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the side cross section of the state which hold | grips a cylinder with a palm member and a 2nd finger-a 4th finger. 掌部材と第二指〜第四指で円柱を把持する際の第三指の把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which determines the holding posture of the 3rd finger at the time of holding | grip a cylinder with a palm member and a 2nd finger-a 4th finger. 掌部材と第二指〜第四指で円柱を把持する際の第二指の把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which determines the holding posture of the 2nd finger at the time of holding | grip a cylinder with a palm member and a 2nd finger-a 4th finger. 第二指〜第四指のみで円柱を把持する状態の側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the side cross section of the state which hold | grips a cylinder only with a 2nd finger-a 4th finger. 第二指〜第四指のみで円柱を把持する際の第三指の把持姿勢を決定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which determines the holding | grip attitude | position of the 3rd finger at the time of hold | gripping a cylinder only with a 2nd finger-a 4th finger. 円柱形状の把持対象物体を把持する際の把持形式を選択して把持形状を計算し、把持対象物体を把持する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which selects the holding | grip form at the time of holding | grip a cylindrical-shaped holding object object, calculates a holding shape, and holds a holding object object. 第一指〜第四指で円柱を把持する状態の側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the side cross section of the state which hold | grips a cylinder with a 1st finger-a 4th finger. 第一指〜第四指で円柱を把持することができる範囲を説明するためのロボットハンドの側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the side cross section of the robot hand for demonstrating the range which can hold | grip a cylinder with a 1st finger-a 4th finger. 掌部材と第二指〜第四指で円柱を把持する際の第二指の先端部を説明するためのロボットハンの側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the side cross section of the robot hand for demonstrating the front-end | tip part of the 2nd finger at the time of holding | gripping a cylinder with a palm member and a 2nd finger-a 4th finger. (a)は、直方体である把持対象物体の側面図、(b)は第二指の各寸法を説明するための側面図である。第二指〜第四指のみで円柱を把持する状態の側断面を概略的に示す図である。(A) is a side view of the object to be grasped which is a rectangular parallelepiped, and (b) is a side view for explaining each dimension of the second finger. It is a figure which shows schematically the side cross section of the state which hold | grips a cylinder only with a 2nd finger-a 4th finger. 掌部および第二指〜第四指で直方体を把持する第一の状態の側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the side cross section of the 1st state which hold | grips a rectangular parallelepiped with a palm part and a 2nd finger-a 4th finger. 掌部および第二指〜第四指で直方体を把持する第二の状態の側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the side cross section of the 2nd state which hold | grips a rectangular parallelepiped with a palm part and a 2nd finger-a 4th finger. 第二指〜第四指のみで直方体を把持する状態の側断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the side cross section of the state which hold | grips a rectangular parallelepiped only with a 2nd finger-a 4th finger. 直方体形状の把持対象物体を把持する際の把持形式を選択して把持形状を計算し、把持対象物体を把持する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which selects the holding | grip form at the time of hold | gripping the holding object of a rectangular parallelepiped shape, calculates a holding shape, and holds a holding object.

符号の説明Explanation of symbols

1…ロボットハンド、2…画像認識装置、3…把持姿勢算出装置、4…制御装置、5…エンコーダ・ポテンショメータ、6…触覚センサ、7…モータドライバ、11…第一指、12…第二指、13…第三指、14…第四指、15…拇指球、16…掌部、17…緩衝パッド、M…把持対象物体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot hand, 2 ... Image recognition apparatus, 3 ... Gripping attitude | position calculation apparatus, 4 ... Control apparatus, 5 ... Encoder / potentiometer, 6 ... Tactile sensor, 7 ... Motor driver, 11 ... First finger, 12 ... Second finger , 13 ... third finger, 14 ... fourth finger, 15 ... thumb ball, 16 ... palm, 17 ... buffer pad, M ... object to be grasped.

Claims (8)

関節を介して接続された複数のリンク部材を備える指部材と、前記指部材が取り付けられた掌部材と、を有するハンド部材における前記指部材の各関節の角度を制御して、把持対象物体を把持するロボットハンドの把持制御装置において、
前記掌部材における一面側で前記掌部材を挟んで前記指部材に対向する位置に親指部材が配設され、
前記ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
前記把持対象物体のサイズを認識する物体サイズ認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
前記各関節を制御することにより、前記指部材を前記把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、
を備え、
前記把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、前記モデル形状に対応する把持計算方法と、前記把持対象物体のモデルサイズに対応する把持形式と、前記モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件と、を記憶しており、
認識した前記把持対象物体の形状に対して前記複数のモデル形状のいずれかを割り当て、
記憶している前記把持計算方法の中から、前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状に基づいて、前記ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、
記憶している前記把持形式の中から、認識した前記把持対象物体のサイズに応じて把持形式を選択し、
記憶している前記接触条件のうち、選択された前記把持形式で前記把持対象物体を把持する際に、前記把持対象物体に割り当てられた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢を選択された前記把持計算方法によって算出する際、
前記把持対象物体と、前記親指部材および前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、
前記モデル形状と、前記指部材および前記親指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢がないと判断された場合、前記モデル形状と、前記掌部材および前記指部材と、の接触条件を満たす把持姿勢を算出し、
前記指部材および前記親指部材によって前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、前記一対のハンド部材と前記モデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出することを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。
An object to be grasped is controlled by controlling an angle of each joint of the finger member in a hand member having a finger member including a plurality of link members connected via a joint and a palm member to which the finger member is attached. In the grip control device of the robot hand to grip,
A thumb member is disposed at a position facing the finger member across the palm member on one side of the palm member;
As the hand member, a pair of hand members are disposed,
Object shape recognition means for recognizing the shape of the object to be grasped;
Object size recognition means for recognizing the size of the object to be grasped;
Based on the recognized shape of the gripping target object, joint angles when the plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object are respectively determined, and the finger member is gripped according to the determined joint angles. A gripping posture calculating means for calculating the posture;
Joint angle control means for controlling the joints so that the finger member is in a posture determined by the gripping posture calculation means;
With
The gripping posture calculation means includes a plurality of predefined model shapes, a gripping calculation method corresponding to the model shape, a gripping format corresponding to the model size of the gripping target object, and a constraint of the robot hand on the model shape Storing the model shape determined from the condition and the contact condition between the palm member and the finger member;
Assign one of the plurality of model shapes to the recognized shape of the gripping object,
From the stored grip calculation methods, select a grip calculation method for gripping an object by the robot hand based on the model shape assigned to the grip target member,
From the stored gripping formats, select a gripping format according to the size of the recognized gripping target object,
Among the stored contact conditions, when gripping the grip target object in the selected grip type, the contact condition between the model shape assigned to the grip target object and the palm member and the finger member When calculating a gripping posture that satisfies the selected gripping calculation method ,
Calculating a gripping posture that satisfies a contact condition between the gripping object and the thumb member and the finger member;
When it is determined that there is no gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the finger member and the thumb member, a gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the palm member and the finger member To calculate
When a range covering the model shape assigned to the grip target member by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range, a grip posture satisfying a contact condition between the pair of hand members and the model shape is calculated. A gripping control device for a robot hand.
前記モデル形状と、前記掌部材および前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断された場合、前記モデル形状と前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出する請求項1に記載のロボットハンドの把持制御装置。   The gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the finger member is calculated when it is determined that there is no gripping posture that satisfies the contact condition between the model shape and the palm member and the finger member. The robot hand grip control device described. 前記関節の少なくとも一部は、接続するリンク部材を連動させる連動関節であり、
前記把持姿勢算出手段は、前記掌部材および指部材との接触条件を満たす把持姿勢がないと判断した場合、前記把持姿勢算出を行う際の前記ハンド部材の前記把持対象物体に対する位置を変更する請求項1または請求項2に記載のロボットハンドの把持制御装置。
At least a part of the joint is an interlocking joint that interlocks a link member to be connected,
The gripping posture calculation means changes the position of the hand member relative to the gripping target object when performing the gripping posture calculation when it is determined that there is no gripping posture that satisfies the contact condition with the palm member and the finger member. The grip control device for a robot hand according to claim 1 or 2 .
前記接触条件は、前記モデル形状と、前記ロボットハンドの拘束条件とから、前記把持対象物体に割り当てられた前記モデル形状と前記指部材とが所定数以上の接触点数を有する場合における前記把持対象物体に対する前記指部材の位置を幾何学的に求めた条件である請求項1〜請求項3のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。 The contact condition is determined when the model shape assigned to the gripping target object and the finger member have a predetermined number of contact points or more based on the model shape and the constraint condition of the robot hand. The grip control device for a robot hand according to any one of claims 1 to 3 , wherein the position of the finger member with respect to is geometrically determined. 前記把持対象物体の位置を認識する物体位置認識手段と、
前記ハンド部材の位置を制御するハンド部材位置制御手段と、
を備え、
認識した把持対象物体の位置と、前記ハンド部材の位置との相対的な位置関係に基づいて、ハンド部材位置を制御する請求項1〜請求項4のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。
Object position recognition means for recognizing the position of the gripping object;
Hand member position control means for controlling the position of the hand member;
With
The robot hand according to any one of claims 1 to 4 , wherein the position of the hand member is controlled based on a relative positional relationship between the position of the recognized object to be grasped and the position of the hand member. Gripping control device.
関節を介して接続された複数のリンク部材を備える指部材と、前記指部材が取り付けられた掌部材と、を有するハンド部材における前記指部材の各関節の角度を制御して、把持対象物体を把持するロボットハンドの把持制御装置において、
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
前記把持対象物体のサイズを認識する物体サイズ認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
前記各関節を制御することにより、前記指部材を前記把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、
を備え、
前記把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、前記モデル形状に対応する把持計算方法と、前記把持対象物体のモデルサイズに対応する把持形式と、前記モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件と、を記憶しており、
認識した前記把持対象物体の形状に対して前記複数のモデル形状のいずれかを割り当て、
記憶している前記把持計算方法の中から、前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状に基づいて、前記ロボットハンドによって物体を把持するための把持計算方法を選択し、
記憶している前記把持形式の中から、認識した前記把持対象物体のサイズに応じて把持形式を選択し、
記憶している前記接触条件のうち、選択された前記把持形式で前記把持対象物体を把持する際に、前記把持対象物体に割り当てられた前記モデル形状と前記掌部材および前記指部材との接触条件を満たす把持姿勢を選択された前記把持計算方法によって算出するものであり、
前記関節角制御手段は、前記指部材が前記把持対象物体に割り当てられた前記モデル形状に対する接触点でそれぞれ同時に接触するように前記各関節の目標関節角を生成し、前記各関節を前記目標関節角に制御し、
前記各関節を前記目標関節角に制御する際、前記各関節が前記目標関節角に到達する前に前記指部材の前記把持対象物体に対する把持力が所定の許容値以上となった場合には、把持対象物体を把持し、
前記指部材の前記把持対象物体に対する把持力が所定の許容値以上となる前に前記各関節が前記目標関節角に到達した場合には、目標関節角の位置誤差補償を行うことを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。
An object to be grasped is controlled by controlling an angle of each joint of the finger member in a hand member having a finger member including a plurality of link members connected via a joint and a palm member to which the finger member is attached. In the grip control device of the robot hand to grip,
Object shape recognition means for recognizing the shape of the object to be grasped;
Object size recognition means for recognizing the size of the object to be grasped;
Based on the recognized shape of the gripping target object, joint angles when the plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object are respectively determined, and the finger member is gripped according to the determined joint angles. A gripping posture calculating means for calculating the posture;
Joint angle control means for controlling the joints so that the finger member is in a posture determined by the gripping posture calculation means;
With
The gripping posture calculation means includes a plurality of predefined model shapes, a gripping calculation method corresponding to the model shape, a gripping format corresponding to the model size of the gripping target object, and a constraint of the robot hand on the model shape Storing the model shape determined from the condition and the contact condition between the palm member and the finger member;
Assign one of the plurality of model shapes to the recognized shape of the gripping object,
From the stored grip calculation methods, select a grip calculation method for gripping an object by the robot hand based on the model shape assigned to the grip target member,
From the stored gripping formats, select a gripping format according to the size of the recognized gripping target object,
Among the stored contact conditions, when gripping the grip target object in the selected grip type, the contact condition between the model shape assigned to the grip target object and the palm member and the finger member A gripping posture satisfying is calculated by the selected gripping calculation method,
The joint angle control means generates target joint angles of the joints so that the finger members simultaneously contact at the contact points with respect to the model shape assigned to the object to be grasped, and each joint is set to the target joint. Control to the corner,
When controlling each of the joints to the target joint angle, when the gripping force of the finger member on the gripping target object is equal to or greater than a predetermined allowable value before the joints reach the target joint angle, Grasping the object to be gripped,
When each of the joints reaches the target joint angle before the gripping force of the finger member with respect to the gripping target object exceeds a predetermined allowable value, position error compensation of the target joint angle is performed. Robot hand gripping control device.
前記リンク部材に設けられ、前記把持対象物体を把持する際の前記リンク部材の把持力を検出する把持力検出手段を備え、
前記関節角制御手段は、前記把持力検出手段によって検出された把持力が、所定のしきい値を超えたときに、前記各関節の制御を終了する請求項1〜請求項6のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。
A gripping force detecting means provided on the link member for detecting the gripping force of the link member when gripping the gripping target object;
The joint angle control means terminates the control of each joint when the gripping force detected by the gripping force detection means exceeds a predetermined threshold value. The grip control device for a robot hand according to claim 1.
関節を介して接続された複数のリンク部材を備える指部材と、前記指部材が取り付けられた掌部材と、を有するハンド部材における前記指部材の各関節の角度を制御して、把持対象物体を把持するロボットハンドの把持制御装置において、
前記掌部材における一面側で前記掌部材を挟んで前記指部材に対向する位置に親指部材が配設され、
前記ハンド部材として、一対のハンド部材が配設されており、
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角をそれぞれ求め、求めた関節角に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
前記各関節を制御することにより、前記指部材を前記把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角制御手段と、
を備え、
前記把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、前記モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた前記ロボットハンドと前記モデル形状との接触条件を記憶しており、
認識した前記把持対象物体の形状に対して前記複数のモデル形状のいずれかを割り当て、記憶されている前記接触条件のうち、割り当てたモデル形状と前記掌部材、前記指部材、および前記親指部材との接触条件を満たす把持姿勢を算出し、
前記指部材および前記親指部材によって前記把持対象部材に割り当てられた前記モデル形状を包む範囲が所定範囲より小さい場合に、前記一対のハンド部材と前記モデル形状との接触条件を満たす把持姿勢を算出することを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。
An object to be grasped is controlled by controlling an angle of each joint of the finger member in a hand member having a finger member including a plurality of link members connected via a joint and a palm member to which the finger member is attached. In the grip control device of the robot hand to grip,
A thumb member is disposed at a position facing the finger member across the palm member on one side of the palm member;
As the hand member, a pair of hand members are disposed,
Object shape recognition means for recognizing the shape of the object to be grasped;
Based on the recognized shape of the gripping target object, joint angles when the plurality of link members included in the finger member are in contact with the gripping target object are respectively determined, and the finger member is gripped according to the determined joint angles. A gripping posture calculating means for calculating the posture;
Joint angle control means for controlling the joints so that the finger member is in a posture determined by the gripping posture calculation means;
With
The gripping posture calculation means stores a plurality of pre-defined model shapes and contact conditions between the robot hand and the model shape determined from the constraint conditions of the robot hand with respect to the model shape,
One of the plurality of model shapes is assigned to the recognized shape of the object to be grasped, and among the stored contact conditions, the assigned model shape, the palm member, the finger member, and the thumb member, Calculate the gripping posture that satisfies the contact condition of
When a range covering the model shape assigned to the grip target member by the finger member and the thumb member is smaller than a predetermined range, a grip posture satisfying a contact condition between the pair of hand members and the model shape is calculated. A gripping control device for a robot hand.
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